近期，化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院黃紹專(zhuān)教授團(tuán)隊(duì)在過(guò)渡金屬硫/硒化物可控調(diào)節(jié)鈉離子電池性能方面取得了新的研究進(jìn)展。11月10日，研究成果以Unveiling the double-edged behavior of controlled selenium substitution in cobalt sulfide for balanced Na-storage capacity and rate capability為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊Advanced Functional Materials（Ad, Funct. Mater. 2023, 2310256 htps://do.org/10.1002/adfm.202310256）?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院碩士研究生何婷婷、趙偉銘為論文共同第一作者，黃紹專(zhuān)教授為論文唯一通訊作者，我校為論文第一署名單位。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310256。

過(guò)渡金屬化合物因其較高的理論比容量和良好的電化學(xué)活性而被廣泛研究。然而在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，過(guò)渡金屬化合物遭遇巨大的體積變化和遲緩的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題，極大地阻礙了其在高功率/高能量二次電池中的應(yīng)用。為此，黃紹專(zhuān)教授團(tuán)隊(duì)先后通過(guò)電極材料結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)（Advanced Materials,2018, 30, 1706637；Energy Storage Materials, 2020, 32, 151-158.）、陽(yáng)離子摻雜本征結(jié)構(gòu)調(diào)控（Advanced Energy Materials,2021, 11, 2003689；Science Advances, 2022, 8(51), eadd6596）及催化載體材料設(shè)計(jì)（Advanced Energy Materials,2021, 11, 2003689;Small, 2022, 18, 2106716）等取得了系列研究成果。但是，如何通過(guò)陰離子可控取代策略調(diào)控電極本征結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化電極材料的性能依然面臨著巨大挑戰(zhàn)，黃教授團(tuán)隊(duì)近年來(lái)專(zhuān)注于此，開(kāi)展研究。

CoS2-xSex@SG的結(jié)構(gòu)與倍率性能。化材學(xué)院供圖

該項(xiàng)研究提出了一種新型的“高度可控硒（Se）取代”和“硫、硒共摻雜石墨烯（SG）固定”的CoS2-xSex納米晶設(shè)計(jì)方案，有效調(diào)節(jié)了電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其中，石墨烯上的CoS2-xSex納米晶“點(diǎn)對(duì)面”結(jié)構(gòu)以及CoS2-xSex與SG之間牢固的C-S-Co & C-Se-Co鍵不僅大大提高了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還促進(jìn)了鈉存儲(chǔ)和電子轉(zhuǎn)移。此外，通過(guò)電化學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)分析和理論計(jì)算揭示了硒取代在鈉儲(chǔ)存中的雙刃劍作用——硒取代含量的增加會(huì)增強(qiáng)Na+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，但會(huì)降低鈉儲(chǔ)存能力。研究表明，當(dāng)Se取代含量為x=0.4時(shí)，電極表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能（高初始庫(kù)侖效率、超高倍率性能和超穩(wěn)定循環(huán)性能）。這項(xiàng)研究提供了一種可控的陰離子取代策略來(lái)平衡Na+儲(chǔ)存活性位點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)，在高功率/能量鈉離子電池中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

黃紹專(zhuān)教授長(zhǎng)期從事高性能鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等關(guān)鍵電極材料的設(shè)計(jì)、合成及儲(chǔ)能機(jī)制研究。目前在Chem. Soc. Rev., Sci. Adv., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Nano, Nano Energy等重要期刊發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文120余篇。文章引用7000余次，H指數(shù)50。