化學與材料科學 - 北化肖瑩副教授/陳仕謀教授、漢陽大學 Yang-Kook Sun 教授 Small：空位和異質結策略構築高效儲鈉負極－鑽石舞台

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作為鋰離子電池（LIBs）最具競爭力和前景的替代品，鈉離子電池（SIBs）在成本、資源和安全性方面具有明顯優勢，可實現可再生能源的大規模和低成本應用。然而， Na+的較大半徑導致電化學過程中反應動力學緩慢，電極材料產生較大的體積變化，阻礙了SIBs高性能的實現。探索改善Na+擴散動力學和提高電極結構穩定性的有效策略，對於開發高效鈉離子電池極為重要。

北京化工大學肖瑩副教授、陳仕謀教授，韓國漢陽大學Yang-Kook Sun教在《Small》期刊上發表了題為「Synergistic Engineering of Se Vacancies and Heterointerfaces in Zinc-Cobalt Selenide Anode for Highly Efficient Na-Ion Batteries」的文章（DOI: 10.1002/smll.202202582）。本文利用空位和異質結構協同策略來調控雙金屬硒化物（ZnSe/CoSe2-CN）基鈉離子電池的反應動力學。通過實驗表徵和密度泛函理論計算，探討了空位和異質界面對提升材料電化學性能的作用機制。異質界面的成功構建降低了Na+擴散勢，顯著提升了Na+ 擴散動力學；空位的存在可以誘導更多活性位點的產生並提高電子導電性。此外，通過構建異質結構空位也增強了Na+吸附能力。因此，所設計的 ZnSe/CoSe2-CN 負極表現出超高的初始庫侖效率（97.7%），0.5 A g-1和20 A g-1電流密度下，可獲得穩定比容量547.1 mAh g-1和362.1 mAh g-1，並展現出優越的長循環穩定性。本工作通過密度泛函理論計算揭示了異質結構和Se空位在改善Na+儲存性能方面的協同作用機制，相關策略和結論，對合理設計高效可充電電池的關鍵材料具有重要意義。

圖1.雙金屬硒化物的（a）合成示意圖和（b）XRD精修譜

圖2. 雙金屬硒化物的電鏡表徵及EPR測試

圖3. 雙金屬硒化物的電化學性能測試

圖4. 擴散動力學性能表徵

圖5. 密度泛函理論計算（異質結和空位作用機制研究）

原文鏈接

https://doi.org/10.1002/smll.202202582

作者簡介

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肖瑩，北京化工大學材料科學與工程學院副教授，主要從事鈉離子電池電極材料設計,鈉離子電池電解液優化, 金屬-CO2電池催化正極設計及應用等方面的研究工作。2015年博士畢業於北京理工大學，先後在韓國漢陽大學Yang-kook Sun教授課題組和美國凱斯西儲大學Liming Dai教授課題組進行博士後研究工作。已在Adv. Energy Mater., Adv. Mater, ACS Energy Lett, ACS Nano, Small, Nano Energy, Adv. Funct. Mater.等期刊發表高質量SCI學術論文54餘篇，撰寫英文書籍一章節。

陳仕謀，北京化工大學材料科學與工程學院教授，主要從事離子液體微觀結構與構效關係；離子液體新型電解質；鋰離子電池、鋰硫電池、固態電池、鋅離子電池等新型儲能材料與器件；大規模儲能技術等方面的研究。2006年博士畢業於中科院上海應用物理所，2008年名古屋大學JSPS博士後，2011年日本國立物質材料研究所MANA研究員，2012年中科院過程所百人計劃，2017年入選江蘇省雙創人才，2018年入選「智匯鄭州」國家級領軍人才，2019年入選國家自然科學基金委優青，2020年入選河北省自然科學基金委傑青。在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.;Adv. Mater.; Energy Environ. Sci.; ACS Nano; Adv. Funct. Mater.; Nano Energy等雜誌發表SCI論文130餘篇，申請國家發明專利30餘項。

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