新材料學(xué)院首次提出錳氧化物材料H+/Zn2+協(xié)同嵌入的機制
? ? 新材料學(xué)院2019年10月10日訊，我院潘鋒教授團隊在研究工作中取得最新進展。
? ? 水系Zn/MnO2二次電池具有成本低廉、環(huán)境友好、能量密度較高等諸多優(yōu)勢，是未來大規(guī)模儲能器件的優(yōu)良載體。但放電過程中Mn2+溶出、H+/Zn2+嵌入/脫出引起的相轉(zhuǎn)變、層狀結(jié)構(gòu)坍塌、電化學(xué)惰性副產(chǎn)物生成等均會造成MnO2正極材料容量的快速衰減，這極大的制約了Zn/MnO2電池的產(chǎn)業(yè)化進程。在諸多的容量衰減原因之中，H+/Zn2+嵌入/脫出引起的相轉(zhuǎn)變過程被認為是MnO2材料容量衰減的最本質(zhì)原因。如能通過晶體結(jié)構(gòu)及形貌的調(diào)控設(shè)計，得到一種在H+/Zn2+嵌入/脫出中能保持極好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的錳氧化物材料，Zn/MnO2電池的循環(huán)穩(wěn)定性就能得到極大提高。
? ? 新材料學(xué)院潘鋒教授團隊近期調(diào)控設(shè)計得到了一種具有特殊納米片層結(jié)構(gòu)的錳氧化物，并首次提出了錳氧化物H+/Zn2+協(xié)同嵌入的機制，相關(guān)成果發(fā)表在國際著名科技期刊Small（IF 10.857）上。該研究采用簡單的水熱反應(yīng)，制備得到了單斜晶系（P21/c(14)）的錳氧化物納米片（MnO2H0.16(H2O)0.27，MON），其中納米片層厚度僅~2.5nm，該特殊結(jié)構(gòu)極大的降低了離子擴散距離，促進了H+/Zn2+嵌入/脫出的反應(yīng)動力學(xué)。其次，該研究采用多種實驗表征方法，結(jié)合第一性原理計算，首次提出并驗證了H+/Zn2+在MON充放電過程中協(xié)同的嵌入/脫出的觀點。最后，該研究也發(fā)現(xiàn)了H+的嵌入/脫出是MON正極材料高倍率性能的本質(zhì)原因。
? ? 該工作是在潘鋒教授指導(dǎo)下，由團隊成員趙慶賀（特聘研究員）和陳鑫（18級碩士生）共同完成。該工作得到了國家材料基因工程重點研發(fā)計劃、廣東省重點實驗室、深圳市科技創(chuàng)新委員會等項目的大力支持。
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文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201904545
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