一个领域的发展,往往是由几个顶尖科研团队所引领的,了解这些团队的研究成果,有助于我们快速地掌握该领域研究动向,避免走不必要的弯路。对于做研究背景调查的研究者来说,顶尖团队的paper亦是不可错过的文献资料。本文特选取电化学储能、换能领域的两位顶尖学者,“长江学者奖励计划”特聘教授麦立强,科睿唯安“高被引科学家”孙旭平教授,简要介绍他们的优秀研究成果,希望对读者有所裨益。 麦立强教授成果简介麦立强现任武汉理工大学,材料科学与工程国际化示范学院,国际事务院长,学科首席教授。同时兼任国际刊物Science Letters资深主编,Wiley出版集团旗下Adv. Electronic Mater.国际编委,Adv. Mater.客座编辑,国际期刊Nano Research以及Science China Materials编委,Acc. Chem. Res.、Joule国际编委,《功能材料》编委,中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事,Nature Commun.、Chem. Rev.、PNAS、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.等期刊审稿人或仲裁审稿人。研究领域主要在纳米能源材料与器件、固态电池、电催化。1、Yolk-shell-structured zinc-cobalt binary metal sulfide @ N-doped carbon for enhanced lithium-ion storage1这是一篇应用双金属硫化物于锂离子电池方向的文章,作者以Zn/Co-ZIF-67为模板,在其表面包覆一层PDA,最后在氮气氛围下退火,及得到蛋黄壳状产物。
图一 Zn-Co-S @ N-C制备
示意图
该产物表面为氮掺杂的碳层,内部为Zn/CoS。独特的结构提供了较短的Li+/e-扩散距离,并提供了足够的空隙空间以适应Li+插入/脱嵌过程中的体积变化。氮掺杂碳基体的存在不仅提高了电子转移速率,而且还改善了结构稳定性。 此外,双金属硫化物可增强电化学反应性,以实现出色的锂存储性能,并避免了副产物的形成。所得的Zn-Co-S @ N-C负极显示出显著增强的循环稳定性(在1000 mA g-1下循环300次后为667.7 mA h g-1)和比容量(在5000mA g-1下为332.2 mA h g-1)图二 Zn-Co-S @ N-C形貌表征
图三 Zn-Co-S @ N-C电化学性能
2、Deep Reconstruction of Nickel-Based Precatalysts for Water Oxidation Catalysis2氧气析出反应(OER)对催化剂的重构通常导致催化剂表面活性位点减少,因此催化活性降低。本研究中,提出了一种深度重构的(DR)催化剂,该催化剂是由小于10 nm的预催化剂衍生而来的,它能实现高活性催化。研究者通过锂化诱导的深层重建策略,获得了由低于5 nm纳米颗粒互连的具有多层纳米片结构的DR-NiOOH。与未深度重建的Ni@NiOOH相比,具有丰富活性位点的DR-NiOOH使其活性显著提高(在5mA mg-1时,OER过电势降低170 mV),并具有更好的耐久性(> 10天)。它具有很强的耐腐蚀性(30 wt%KOH,72小时)和很高的热稳定性(52.8℃,> 40小时)。理论分析证明正交晶形NiOOH上覆盖的不饱和OH具有良好的OER活性。这项工作凸显了深度重构催化剂在现实条件下对潜在催化应用的优势。
图四 DR-NiOOH合成示意图和
Ni-OH边界示意图
图五 DR-NiOOH相关电化学
测试
3、Two-Dimensional Mesoporous Heterostructure Delivering Superior Pseudocapacitive Sodium Storage via Bottom-Up Monomicelle Assembly3具有介孔的二维(2D)异质结构因其多样的功能,丰富的活性位点和缩短的扩散距离而在电催化,光催化,能量存储和转换技术方面具有良好的应用前景。然而,由于常规化学,机械剥离或自组装方法的巨大困难,层状的介观结构材料尚未被合成。本文中,研究者探索了一种在温和条件下进行的自下而上的制备策略,该方法可轻松合成具有均匀介孔尺寸的单层介孔二氧化钛-介孔碳垂直异质结构,从而能够在非水溶液中,实现赝电容性钠离子存储的超高速率能力和循环寿命。这种全新的异质结构由有条的单层介孔二氧化钛纳米片组成,其两侧围绕组装有两个介孔碳单层。值得注意的是,较大的孔隙率和异质界面的组合贡献了高度提升的可逆赝电容,并保持保持强大的机械稳定性。图六 材料制备示意图
图七 材料形貌表征
图八 相关电化学测试
4、Magnesium storage performance and mechanism of CuS cathode4镁电池是储能领域的方向之一,寻找优异的正极材料对其至关重要。已有研究证明,CuS在高温下具有优异的镁储存能力,但在低温下的电化学性能仍需要提高。本文研究者通过调节电极-电解质界面,以Mg(ClO4)2/AN为电解质时,在室温下实现了CuS正极的高镁储存活性(超过300mA h g-1)。在全MBs中,CuS阴极在50mA g-1的电流下经过30次循环后可实现119 mA h g-1的高容量。此外,转换型存储机制已通过XRD等进行了证明。这项工作表明,CuS是一种有前途的镁电池正极材料。图九 CuS结构形貌表征
图十 CuS电化学测试
5、Nickel-iron bimetallic diselenides with enhanced kinetics for high-capacity and long-life magnesium batteries5金属硒化物是另一种有前景的镁电池正极材料。在本文中,研究者首次报道了以Ni-Fe双金属二硒化物微米花(Ni0.75Fe0.25Se2,NFS)作为可充电镁电池的正极材料。该NFS正极具有190 mA h g-1的可逆容量和出色的Mg存储循环稳定性(即使经过500次循环也具有148 mA h g-1)。与一元过渡金属二硒化物(NiSe2,NS)相比,NFS显示出更多的氧化还原活性位点和更高的Mg2+扩散速率,从而带来了优异的可逆容量和长循环寿命。此外,基于电位差,研究者提出了NFS嵌镁/脱镁过程顺序反应的概念,并通过电化学测量和结构表征得到证明。本文为构造可充电镁电池的高性能正极材料铺平了道路。图十一 NFS结构形貌表征
图十二 NFS电化学测试
6、Bottom-Up Confined Synthesis of Nanorod-in-Nanotube Structured Sb@N-C for Durable Lithium and Sodium Storage6锑(Sb)由于其660 mA h g-1的高理论容量而成为有吸引力的锂和钠离子电池负极材料。在这项工作中,研究者通过自下而上的组装方法,设计并制造了一种新颖的豆荚状N掺杂碳空心纳米管封装的Sb纳米棒复合物,即所谓的纳米棒-纳米管结构Sb@N-C。图十三 Sb@N-C合成示意图
图十四 Sb@N-C形貌表征
通过原位高温XRD表征监测N掺杂碳涂层和热还原过程。由于其先进的结构优点,例如足够的N掺杂,1D导电碳涂层和足够的内部空隙空间,Sb@N-C表现出优异的锂/钠存储性能。对于锂电池,Sb@NC具有高可逆容量(在0.2 A g-1下为650.8 mA h g-1),出色的循环稳定性(在2 A g-1下循环3000次,每个循环的容量衰减仅为0.022%)和超高倍率性(在20 A g-1时为343.3 mA h g-1)。对于钠电池,Sb@NC纳米复合材料在已报告的基于Sb的负极材料中表现出最佳的长期循环性能(在2 A g-1下经过3000次循环后容量为345.6 mA h g-1)。结果表明,Sb@N-C纳米复合材料是有前途的高性能锂/钠存储负极材料。