2025年11月4日，我院張道洪教授/王秋凡副教授團(tuán)隊(duì)在柔性水系鋅離子電池領(lǐng)域取得了新的研究進(jìn)展，研究成果以“Anchoring unique Bi2Te3-BiPO4 heterostructure on porous N, S co-doped carbon nanorods for advanced Zn-ion batteries”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Advanced Functional Materials》上。我院王秋凡副教授和武漢工程大學(xué)研究生趙子皓為論文第一作者，張道洪教授和武漢工程大學(xué)陳蘇芳教授為論文通訊作者，中南民族大學(xué)為第一通訊單位。
過(guò)渡金屬硫族化合物因其層狀結(jié)構(gòu)和高理論容量，已成為水系鋅離子電池中較有前景的陰極候選材料。然而，其電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中受到電導(dǎo)率不足和體積膨脹大的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電性能。
圖1. Bi2Te3-BiPO4@NSC異質(zhì)結(jié)電極制備過(guò)程及其電化學(xué)性能優(yōu)勢(shì)
本研究以溶劑熱法制備了Bi-1,3,5-苯三羧酸（Bi-BTC）納米棒，并在Bi-BTC納米棒上成功地包覆了聚磷腈層（表示為Bi-BTC@PZS），N2氣氛中高溫碲化得到了N, S共摻雜的多孔碳納米棒（Bi2Te3-BiPO4@NSC）。通過(guò)構(gòu)建具有內(nèi)建電場(chǎng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)了電極本征電導(dǎo)率，且多孔結(jié)構(gòu)為Zn2+傳輸提供了更為高效的通道，有效地緩解了動(dòng)力學(xué)緩慢和結(jié)構(gòu)退化的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，異質(zhì)結(jié)電極具有較低的帶隙，降低了離子擴(kuò)散阻力。這些調(diào)控手段使得Bi2Te3-BiPO4@NSC展現(xiàn)出高可逆容量（0.2 A g-1時(shí)為458.2 m Ah g-1）、卓越的倍率性能及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。通過(guò)引入BiPO4誘導(dǎo)Zn2+和H+的吸附能協(xié)同增強(qiáng)，揭示了Zn2+/H+共插層的雙離子存儲(chǔ)機(jī)理。本研究構(gòu)筑了一種新型的層狀異質(zhì)結(jié)陰材材料，為開(kāi)發(fā)高性能、安全和穩(wěn)定的鋅離子電池提供了一種有前景的解決方案。
張道洪教授領(lǐng)銜的超支化聚合物團(tuán)隊(duì)入選了湖北省自然科學(xué)創(chuàng)新群體、湖北省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和國(guó)家民委創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)聚焦新能源風(fēng)電與汽車(chē)用關(guān)鍵材料以及能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化材料開(kāi)展基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，已主持國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目/面上/青年項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲授權(quán)國(guó)際、國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利80余件。獲湖北省科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。
王秋凡副教授長(zhǎng)期從事電化學(xué)能源材料與水系儲(chǔ)能器件的研究，包括超級(jí)電容器、水系鋅離子電池、銨離子電池與柔性可穿戴傳感器等領(lǐng)域。近年來(lái)主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目、武漢市知識(shí)創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)曙光計(jì)劃項(xiàng)目以及中央高校業(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)4項(xiàng)等。以第一作者或通訊作者在ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Lett.、Small、Nano Res.、Chem. Commun.等期刊發(fā)表研究論文50余篇。
文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512019
作者：查智元 責(zé)編：楊夢(mèng)瑩 審核：祁帆 發(fā)布：張朝沖 發(fā)布時(shí)間：2025-11-07
