于然波：多壳层空心正十二面体的高效制备及其在碱性电池中的应用

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多壳层中空结构（HoMSs）是一类特殊的微/纳米结构，其多个壳层从外向内依次排列，并且每个壳都有其相对应的内腔。因此，HoMSs往往具有比普通的单壳层、多孔或其它纳米结构更好的性能。在电化学储能、太阳能转换、电磁波吸收、催化、药物释放等领域具有很大的应用前景，被认为是最有前途的功能材料之一。

碱性水溶液二次电池因其具有比容量高、倍率性能优异、循环稳定性极高、安全性高的特点，已被广泛用于能量储存与转换领域。而电极材料的选择性合成在组装碱性可充电电池器件中至关重要。当电极材料的元素成分固定时，其理论比容量也随之确定。在所有可能的电极备选材料中，过渡金属氧化物因其具有极高的理论比容量而被广泛用于储能研究。此外，根据器件的组装工艺，设计具有特殊结构的电极材料也可以极大地提高实际比容量，从而改善其电化学储能性能。在已经报道的各种结构中，HoMSs因其具有电解液浸润充分，电化学反应位点多，可以有效限制电化学活性位点被粘结剂等物质包埋的特点而被大量研究。此外，HoMSs由于相邻层的存在，使得其内部结构在工艺制作与电化学反应过程中能够相互支撑，可极大提高材料的稳定性和电化学循环性能。但在已经报道的HoMSs中，具有特殊形状的结构非常少。因此，如何简单高效地合成特定结构的HoMSs成为一大挑战。

近日，北京科技大学的于然波教授、中国科学院过程工程研究所的王丹研究员团队通过前驱体的选择性合成以及连续的2步法低温煅烧，成功合成了3壳层钴锰氧化物空心正十二面体（Co/Mn-HD）材料，并用于碱性二次电池电极。

3壳层Co/Mn-HD在碱性二次电池的应用中具有独特的优势：首先，在空气中连续的2步法低温煅烧不但简单高效，而且得到了独特的多层、多晶结构。这不仅提供了大量的电化学活性位点，还保证了材料的结构稳定性；其次，前驱体的选择性合成以及较低的煅烧温度，实现了有效的C、N掺杂，从而增加了材料内部的导电性。另外，由于其具有特殊的正十二面体形状，因而在颗粒表面形成了多条棱，这些棱的存在起到了支撑作用，减弱了前驱体在煅烧过程中的收缩，从而在颗粒内部形成了较大的电化学反应空间，增加了电解液与材料的浸润，提高了其倍率性能。将上述获得的3壳层Co/Mn-HD用于碱性电池，电化学测试表明：电池的性能随着壳层数的增加而提高，3壳层Co/Mn-HD的性能最优（电流密度为1 A/g时，比容量可达331.94 mAh•g-1；循环2000圈之后，比容量依然可以保持93.72%）。最重要的是，这种简单易行的合成方法与独特优良的材料结构，不仅使其具有优良的电化学性能，还为催化等其他领域提供了新的思路。

相关结果发表Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是北京科技大学的硕士研究生焦创伟。

该论文作者为：Chuangwei Jiao, Zumin Wang, Xiaoxian Zhao, Huan Wang, Jing Wang, Ranbo Yu, Dan Wang

Triple-Shelled Manganese-Cobalt Oxide Hollow Dodecahedra with Highly Enhanced Performance for Alkaline Rechargeable Battery

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201811683