我校刘明凯博士在 Nature Communications 发表最新学术成果

作者:化学与材料科学学院 文/图时间:2019-09-04浏览:898设置

  新学期伊始,NatureCommunications在线刊载了以我校为第一署名单位化学与材料科学学院刘明凯博士的最新科研成果。该课题组与东华大学刘天西教授课题组、澳大利亚张山青教授课题组合作,在NatureCommunications发表了题为“Conductive Carbon Nanofiber Interpenetrated Graphene Architecturefor Ultra-stable Sodium Ion Battery”的研究论文,论文第一作者为我校化学与材料科学学院教师刘明凯副教授;本文的通讯作者为赖超教授(万国彩票app ),刘天西教授(东华大学)和张山青教授(Griffith University)。Nature Communications是目前国际“综合性期刊”领域的顶级杂志,近五年平均影响因子高达13.7。

图1. 楼层-支柱概念的微观结构

  相较于锂元素,钠的“自然丰度”和“易获取性”都要胜出许多,使得钠离子电池(Sodium ions,SIBs)有望成为下一代储能系统中最有前途的替代者。然而,钠离子的半径大于锂离子,阻碍了电化学界面反应动力学,钠离子嵌入/脱出效率低,导致传统的锂离子电池材料不适用于钠离子电池。目前,钠离子电池较差的倍率性能已被认为是一个巨大的挑战。

  在过去十年中,人们致力于开发有前景的二维结构材料,如磷、碳质材料、金属合金和二维碳化物等,以改善钠离子电池的电化学性能,尤其是促进其倍率性能的提升。其中,二维二硫化钼(MoS2),作为一种由范德华力叠加在一起的具有S-Mo-S基序的层状过渡金属材料,被认为是SIBs最有前景的材料之一。然而,由于导电率低和充放电过程中体积变化大,基于MoS2的电极在循环过程中呈现出较差的速率能力和快速的容量衰减。

  为了同步提高钠离子在二硫化钼材料中的储存量和快速嵌入/脱出性能,刘明凯和赖超课题组通过高分子聚丙烯腈(PAN)协助碳纤维在石墨烯层间的垂直穿插,构筑了类似于楼层-支柱概念的微观结构(如图1所示),(1)不仅为二硫化钼材料的大量、高效负载提供了合理的空间位置;(2)碳纤维/石墨烯的穿插结构也为电子的穿梭提供了良好的传输通道;(3)弹性多孔结构为电解液离子的快速浸润提供了可靠路径,有效缩短了钠离子与活性材料界面之间的传输距离;(4)由于其均匀沉积,MoS2纳米的所有活性位点片材可以完全暴露在电解质和钠离子下,从而为MoS2@CNFIG混合电池产生高能量密度。此外,本研究中的MoS2@CNFIG混合电极表现出良好的速率性能和长期的循环稳定性。可以为开发具有稳定内部结构的新型能量相关电极提供新的视角。

  刘明凯:1985年4月生,博士,副教授。研究方向为高分子基纳米复合材料设计与构筑、多尺度异质结材料的设计及功能化。以第一作者/通讯作者在NatureCommunications,Angew. Chem. Int. Ed.,Chem. Commun.等刊物发表SCI论文近30篇,论文总被引用超过1000余次;主持国家自然科学基金1项、江苏省自然科学基金1项。

  赖超:1985年4月生,博士,教授。主要致力于高比能金属锂电池以及界面电化学的研究工作。以第一和通讯作者先后在Nat. Commun.,J. Am. Chem.Soc.,Adv. Mater.,Adv. Funct.Mater.,Adv. Sci.,Energy StorageMater.等顶级学术期刊上发表论文10余篇。先后主持国家自然科学基金3项、徐州市重点研发1项。

  该成果是2019年NatureCommunications刊载我校的第二篇科研论文(第一篇为化学与材料科学学院的韩锡光教授课题组),为学校高水平大学建设和博士点授权单位申报提供了重要支撑。

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