近日，化學(xué)與化工學(xué)院錢逸泰院士團隊楊劍教授課題組在高性能鈉離子二次電池電極材料的研究方面獲得重要進展。論文以“MoSe2-Covered N,P-Doped Carbon Nanosheets as a Long-life and High-Rate Anode Material for Sodium-Ion Batteries”為題，在線發(fā)表在《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater）雜志。
鋰離子電池作為一種清潔的儲能器件，受到研究者們的廣泛關(guān)注，但是由于鋰資源在地殼中分布不均衡性等缺點，限制了鋰離子電池的未來發(fā)展。相比而言，鈉資源的豐富廉價，相似的理化性質(zhì)，有望使鈉離子電池成為鋰離子電池最有力的替代者。但是目前鈉離子電池仍存在許多亟待解決的研究問題，例如，鈉離子較大的半徑（~ 1.06 ?）導(dǎo)致擴散能壘升高，脫/嵌動力學(xué)滯后等。因此探尋高比容量、高穩(wěn)定性的電極材料，實現(xiàn)具有高能量密度，長循環(huán)壽命的鈉離子電池，成為了科研工作者們面臨的新挑戰(zhàn)。
二硒化鉬作為一種層狀三明治結(jié)構(gòu)的過渡金屬硒化物，其較小的能帶隙（~ 1.1 eV），較大的層間距（~ 0.65 nm）及不錯的理論容量（~ 422 mAh g-1）等優(yōu)異特性，使其成為較為理想的鈉離子電池負極材料。但是該材料仍存在許多包括較低的離子導(dǎo)電性，大的體積效應(yīng)等問題。針對上述問題，2015級博士生牛斐洱在楊劍教授的指導(dǎo)下，將二硒化鉬與雙摻雜的碳納米片進行復(fù)合，不僅有效提高了該材料的電子導(dǎo)電性，抑制了充放電過程中中間產(chǎn)物的粉碎脫落，并且緩解了體積效應(yīng)，增加電極材料電化學(xué)活性，促進了電池循環(huán)穩(wěn)定性。在0.5A g-1的電流密度下循環(huán)1000圈，其可逆容量仍保持在378mAh g-1。即使在5A g-1的電流密度下循環(huán)1000圈，容量也維持在232 mAh g-1。在此基礎(chǔ)上，通過非原位的拉曼光譜揭示了MoSe2的儲鈉機制，與HRTEM照片得出的結(jié)論一致。合作者樊唯鎦教授及其課題組2015級博士生楊靜的模擬計算結(jié)果表明，不同雜原子之間的協(xié)同效應(yīng)，增加了摻雜碳材料與放電產(chǎn)物之間較強的相互作用，有效地緩解循環(huán)過程中活性物質(zhì)的脫落與粉化，大幅度提高了鈉離子電池循環(huán)穩(wěn)定性。該材料展現(xiàn)的顯著贗電容行為為它的大電流性能提供了很好的解釋。最后，將二硒化鉬與雜原子雙摻雜的碳納米片復(fù)合材料與磷酸釩鈉首次組裝為鈉離子全電池，獲得了良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，證實了它的應(yīng)用潛力。
近年來，楊劍教授課題組在新能源儲能材料方面還取得了一系列成果，包括介孔非晶硅材料在鋰離子電池中的應(yīng)用（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 14063-14066, Highlighted by X-mol.com; Chemeurope.com, q-more.com, etc.），含有氧空位缺陷的二氧化鈦包覆金屬銻納米顆粒的雙層納米管在鋰/鈉離子電池中的應(yīng)用（Adv. Mater., 2016, 28, 4126-4133, ISI Highly cited paper）等等。上述研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目（21471090），山東省泰山學(xué)者支持計劃（ts201511004），國家重大儀器研制專項（61527809）等項目的支持。
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