• 科研成果

    我校劉明凱博士在 Nature Communications 發表最新學術成果

    發布者:鄭園園發布時間:2019-09-05瀏覽次數:262

     

        2019年9月2日,Nature Communications在線刊載了以我校為第一署名單位化學與材料科學學院劉明凱博士的最新科研成果。該成果是我校實施高級別成果培育辦法以來發表的第3篇A1層級的論文,為學校高水平大學建設和博士點授權單位申報提供了重要支撐。該課題組與東華大學劉天西教授課題組、澳大利亞張山青教授課題組合作,在NatureCommunications發表了題為“Conductive Carbon Nanofiber Interpenetrated Graphene Architecturefor Ultra-stable Sodium Ion Battery”的研究論文,論文第一作者為我?;瘜W與材料科學學院教師劉明凱副教授;本文的通訊作者為賴超教授(江蘇師范大學),劉天西教授(東華大學)和張山青教授(Griffith University)188金宝搏亚洲体育app-下载。Nature Communications是目前國際“綜合性期刊”領域的頂級雜志,近五年平均影響因子高達13.7。


      圖1. 樓層-支柱概念的微觀結構

        當今188金宝搏亚洲体育app-下载,鋰電池與人們的生活密切相關188金宝搏亚洲体育app-下载,在生產和生活的各個領域發揮著不可替代的作用,但地球上鋰資源十分有限,且開采成本高,開發一種替代電池成為研究人員的努力方向188金宝搏亚洲体育app-下载。相較于鋰元素,鈉的“自然豐度”和“易獲取性”都要勝出許多,使得鈉離子電池(Sodium ions,SIBs)有望成為下一代儲能系統中最有前途的替代者。然而,鈉離子的半徑大于鋰離子,阻礙了電化學界面反應動力學,鈉離子嵌入/脫出效率低,導致傳統的鋰離子電池材料不適用于鈉離子電池。目前188金宝搏亚洲体育app-下载,鈉離子電池較差的倍率性能已被認為是一個巨大的挑戰188金宝搏亚洲体育app-下载188金宝搏亚洲体育app-下载。

      在過去十年中,人們致力于開發有前景的二維結構材料188金宝搏亚洲体育app-下载,如磷、碳質材料188金宝搏亚洲体育app-下载、金屬合金和二維碳化物等,以改善鈉離子電池的電化學性能188金宝搏亚洲体育app-下载,尤其是促進其倍率性能的提升。其中188金宝搏亚洲体育app-下载,二維二硫化鉬(MoS2)188金宝搏亚洲体育app-下载,作為一種由范德華力疊加在一起的具有S-Mo-S基序的層狀過渡金屬材料,被認為是SIBs最有前景的材料之一188金宝搏亚洲体育app-下载。然而,由于導電率低和充放電過程中體積變化大,基于MoS2的電極在循環過程中呈現出較差的速率能力和快速的容量衰減。

      為了同步提高鈉離子在二硫化鉬材料中的儲存量和快速嵌入/脫出性能,劉明凱和賴超課題組通過高分子聚丙烯腈(PAN)協助碳纖維在石墨烯層間的垂直穿插188金宝搏亚洲体育app-下载,構筑了類似于樓層-支柱概念的微觀結構(如圖1所示),(1)不僅為二硫化鉬材料的大量、高效負載提供了合理的空間位置188金宝搏亚洲体育app-下载;(2)碳纖維/石墨烯的穿插結構也為電子的穿梭提供了良好的傳輸通道;(3)彈性多孔結構為電解液離子的快速浸潤提供了可靠路徑188金宝搏亚洲体育app-下载,有效縮短了鈉離子與活性材料界面之間的傳輸距離;(4)由于其均勻沉積188金宝搏亚洲体育app-下载,MoS2納米的所有活性位點片材可以完全暴露在電解質和鈉離子下,從而為MoS2@CNFIG混合電池產生高能量密度。此外,本研究中的MoS2@CNFIG混合電極表現出良好的速率性能和長期的循環穩定性??梢詾殚_發具有穩定內部結構的新型能量相關電極提供新的視角188金宝搏亚洲体育app-下载。

        劉明凱:1985年4月生,博士,副教授。研究方向為高分子基納米復合材料設計與構筑、多尺度異質結材料的設計及功能化。以第一作者/通訊作者在NatureCommunications188金宝搏亚洲体育app-下载,Angew. Chem. Int. Ed.,Chem. Commun.等刊物發表SCI論文近30篇,論文總被引用超過1000余次188金宝搏亚洲体育app-下载;主持國家自然科學基金1項188金宝搏亚洲体育app-下载188金宝搏亚洲体育app-下载、江蘇省自然科學基金1項。

      賴超:1985年4月生,博士188金宝搏亚洲体育app-下载188金宝搏亚洲体育app-下载,教授。主要致力于高比能金屬鋰電池以及界面電化學的研究工作。以第一和通訊作者先后在Nat. Commun.188金宝搏亚洲体育app-下载,J. Am. Chem.Soc.,Adv. Mater.,Adv. Funct.Mater.,Adv. Sci.,Energy StorageMater.等頂級學術期刊上發表論文10余篇。先后主持國家自然科學基金3項、徐州市重點研發1項。

        文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11925-z







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