催化材料团队在超级电容器材料缺陷调控研究方面取得新进展

发布者:单宝来发布时间:2020-08-24浏览次数:10

【本站讯】近日,我校催化材料团队与澳大利亚昆士兰大学合作,在超级电容器法拉第电容材料缺陷调控方面取得新进展,相关研究论文《嵌锂诱导四氧化三钴缺陷调控实现高法拉第反应活性和优异超级电容器性能》(Lithiation-Induced Vacancy Engineering of Co3O4with Improved Faradic Reactivity for High-Performance Supercapacitor)在国际材料领域权威期刊Advanced Functional Materials上发表。我校博士后张誉为论文第一作者,阎子峰教授和澳大利亚昆士兰大学王连洲教授为共同通讯作者,中国石油大学(华东)为第一署名单位,该项研究成果得到国家重点研发计划、山东省重点研发计划和国家留学基金委资助。

随着当今社会对可移动电子通讯设备以及电动汽车的需求不断扩大,极大刺激了新型储能设备的发展。新型的混合超级电容器,相对于传统的电化学双层电容器具有更高的能量密度,与锂离子电池相比具有更高的功率密度,为开发下一代高效储能设备提供了广阔的应用前景。储量充足的过渡金属氧化物,包括锰、铁、钴、镍的氧化物材料,具备丰富的电化学反应活性位点,是新型的混合超级电容器中电池型电极材料的理想选择。然而,导电性差和动力学反应缓慢是制约其储能性能的主要瓶颈。最新研究表明,氧缺陷调控是优化材料的电子结构、改善活性位点数量以提高电化学性能的高效手段。但是,常见的化学还原、高温煅烧、等离子刻蚀等策略存在高能耗和可控性低等问题。目前,对过渡金属氧化物材料进行可控且高效的缺陷调控,以进一步开发其储能性能进而实现市场化的开发利用,仍然非常具有挑战性。

针对上述问题,该研究成果首次提出利用电化学嵌锂引导锂嵌入四氧化三钴晶格,削弱了钴-氧键的配位,诱导形成大量氧缺陷。首先,嵌锂导致载流子浓度显著增加,使得材料本征电导率明显提高;其次,表面氧缺陷的钴位点对于氢氧根离子的吸附能显著降低,促进了充放电反应过程中钴的氧化还原反应,进而大大提高表面的反应活性;最后,氧缺陷可以作为电化学活性位点参与储能,进一步突破了过渡金属氧化物材料电荷储存容量以达到优异的储能性能。同时,该方法解决了当今报道的氧缺陷调控策略存在的高能耗和可控性低等技术难题,该研究成果在电化学能源转化与储存、电解水和光催化等领域有着广阔的应用前景。

审稿专家对该成果给予高度评价,一致认为研究成果有突出的创新性和应用前景,对于实现过渡金属氧化物材料的缺陷调控具有指导性的意义。

Advanced Functional Materials是德国Wiley出版集团旗下材料学顶级期刊,拥有较为广泛的国际影响力。

由阎子峰教授领衔的催化材料团队主要从事催化材料、储能材料等方向的研究。团队通过催化新材料、催化剂的结构设计、合成、制备新方法和功能化的应用基础研究,丰富催化材料、催化剂的制备与设计手段,深化对催化在能源、化工关键作用的认识,解决催化新材料、催化剂设计与制备科学中的基本物理化学问题和技术瓶颈,为催化材料和催化剂在炼油、化工及新能源技术等的应用提供理论依据和技术基础。近五年来,团队承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学杰出青年基金、山东省自然科学重大基础研究项目、山东省泰山学者青年专家计划等项目,在Energy & Environmental Science、Advanced Functinoal Materials等国内外权威期刊发表论文30余篇,参与申报的研究成果获山东省自然科学奖一等奖、教育部自然科学奖二等奖等奖励。

全文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202004172