您现在所在的位置:首页» 新闻网» 科研学术» 正文

bt365官网黄佳琦课题组在化学类顶级期刊Angew Chem Int Ed上发表重要研究成果

供稿: 前沿交叉科学研究院 编辑: 朱倩云
(2018-12-14) 阅读次数:
【字号  大

近日,bt365网站前沿跨学科研究所研究小组黄嘉琪在锂硫(Li-S)电池动力学调控方面取得了新进展。相关研究成果在线发表在国际顶级化学科学期刊《Activating Inert Metallic Compounds for High-Rate Lithium–Sulfur Batteries Through In-Situ Etching of Extrinsic Metal》《Angewandte Chemie International Edition》](《德国应用化学》,影响因子12.10)。原位蚀刻的Ni3FeN促进了多硫化物的表面反应,并采用先进的表征技术揭示了原位催化转化机理。这项工作为多金属合金/化合物开辟了新的思路,作​​为高速Li-S电池动力学加速器,以及对催化表面反应和缺陷化学的新见解。本文的第一作者是赵萌,他是bt365网站前沿跨学科/材料研究所的硕士生。第一作者是清华大学彭玉杰博士,记者是特约研究员黄嘉琪。

由于锂离子电池具有较高的理论比能,因此作为锂离子电池最有前途的替代品,受到了极大的关注。其高能量密度取决于可逆表面电化学反应。在硫正电极中引入电催化活性组分可有效加速表面反应动力学,从而提高硫利用率,降低多硫化物的穿梭效应。然而,催化剂在电池工作条件下的真实活性相之前几乎没有得到证实。深入研究表面反应机理并确定催化剂活性来源在指导催化剂设计中起着关键作用。

图1.多硫化物蚀刻诱导的活化机制

与金属催化剂设计的合金化策略类似,该团队将外部金属引入单一金属化合物中以活化原始惰性相化合物,以促进多硫化物的表面反应动力学。六角形氮化镍(Ni3N)的概念证明了它对多硫化物的催化活性很差。引入铁后,Ni3N转化为高活性立方镍铁氮化物(Ni3FeN)。在Ni3FeN中,在立方结构的顶角处较高的带正电荷的铁(与镍相比)倾向于通过多硫化物蚀刻过程浸出,在镍位点周围留下大量空位缺陷。地球增加了Ni3N的催化活性。

图2.在(a,b)循环和(c,d)循环之前的HAADF-STEM图像和Ni3FeN-G的相应元素分布

该团队使用高角度圆形暗场扫描透射电子显微镜和相应的元素映射来揭示上述机制。如图2所示,循环前Ni3FeN颗粒中Ni和Fe元素的分布相对均匀。再循环的Ni3FeN颗粒表现出铁的异常表面富集,证明了由于多硫化物在循环过程中的蚀刻作用而发生相迁移,从而留下大量的Fe元素空位并增加了催化活性。

图3.Ni3FeN催化的Li-S电池的电化学性能

通过原位蚀刻多硫化物来浸出铁元素以产生高活性的富相,从而促进多硫化物的动力学转化过程。这种空的Ni3FeN催化的Li-S电池在高硫负载下表现出优异的倍率性能和循环稳定性,并且可以显着降低电解质的使用。这项工作不仅说明了惰性单金属化合物的外在金属活化机理,而且证明了原位相进化和空位形成在调节催化反应中的重要作用。

论文详情:

赵萌,彭红杰,张泽文,李伯全,陈晓,金燮,陈翔,魏俊宇,张强,黄佳琦*。通过外部金属的原位蚀刻激活高速率锂硫电池的惰性金属化合物,Angew Chem Int Ed,doi: 10.1002/anie.201812062。

链接到论文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812062

关于作者:

黄嘉琪特约研究员,九三学会会员,2012年毕业于清华大学化学工程系。2016年9月,他加入北方理工学院前沿跨学科研究所,成立研究小组开展研究工作国家重点研究发展计划,国家自然科学基金,北京。由科技大学科技创新计划资助,主要从事储能材料的研究。作为第一作者/通讯作者,研究员黄嘉琪在先进材料,先进功能材料,Angewandte Chemie国际版,储能材料,科学通报等期刊上发表了一系列研究成果。发表的论文总数超过10,000次,h因子为56.其中,ESI High引用了30多篇论文,并于2018年被选为科学家(材料科学)。

黄嘉琪是中国粒子学会青年理事会成员,能源化学期刊《能源化学》和中国化学快报《中国化学快报》青年编辑,高级功能材料《先进功能材料》锂硫电池特刊,能源化学期刊[0x9A8B ]下一代电池特邀嘉宾编辑。他被选为中国第一个科技协会青年人才支持计划,并被授予中国化学工业学会厚德邦化学技术青年奖和中国微粒学会青年粒子科学奖。


(审核:王博)

分享到:
新浪微博
腾讯微博
开心网
人人网
豆瓣网
分享到: 微信 (备注:需要通过手机等移动终端设备进行分享)
分享本则新闻
请扫上方二维码