党锋教授课题组发表二维材料锂氧气电池正极催化最新研究成果

yinjian

近日，材料学院党锋教授课题组以“MoSe2@CNT Core–Shell Nanostructures as Grain Promoters Featuring a Direct Li2O2 Formation/Decomposition Catalytic Capability in Lithium-Oxygen Batteries”为题，在国际期刊Advanced Energy Materials上发表二维材料锂氧气电池正极催化最新成果，并被选为封面文章。山东大学为论文第一完成单位，加拿大国家科学研究所孙书会、中南大学童汇为共同通讯作者，材料学院研究生何彪为第一作者。

       锂氧气电池缓慢的氧化还原动力学、不稳定的强氧化反应中间体、碳与电解质/固体产物之间的寄生反应以及Li2O2产物的电子/离子电导较差等因素限制了其实际应用。锂氧气电池放电产物的可逆形成和分解在很大程度上决定了电池的电化学性能，之前大多数报道确认了基于强氧化性中间体LiO2形成的单电子连续转移的放电产物形成/分解过程。而在充放电过程中，强氧化性中间体LiO2的产生容易导致碳电极腐蚀、电解液分解、副反应增多等问题，致使电池容量衰减。因而可以使放电产物直接生成与分解的正极催化剂，对锂氧气电池性能的提升与实际应用具有重要意义。
       作者注意到2H相六方MoSe2堆叠层与Li2O2具有相同的空间群结构(P63/mmc)，而且其a，b-晶格参数(3.288A)接近Li2O2 (3.142A)。基于晶粒细化的概念，六方MoSe2可作为晶格促进剂，诱导Li2O2成核和外延生长，并在碳纳米管上制备了具有二维堆叠层状结构的少层MoSe2作为锂氧气电池催化剂。研究发现少层与多层MoSe2对反应吸附质具有完全不同吸附特性，单层MoSe2会排斥Li*的吸附，而对O2*，LiO2*与Li2O2*具有合适的吸附强度，从而可以优化放电产物的生成分解路径。通过实验与理论研究首次确认，少层MoSe2具备直接催化Li2O2直接生成与分解的能力，最终实现了电池优异的大倍率循环性能和极高的比容量。
      上述工作得到了国家重点研发计划（2018YFE0103500）支持。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003263
       文章来源：山东大学
       党锋，男，山东大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2001年本科毕业于山东大学材料科学与工程学院，2004年获得日本山口大学工学部工学硕士学位，2008年获得日本九州大学工学部工学博士学位。2008-2011年任日本产业技术综合研究所研究员，2011-2012年任日本庆应大学助理教授，2012-2014年任日本名古屋大学副教授。2014年至今任山东大学教授。主要研究方向为铁电、介电与新能源材料的制备与性能调控。已在Nature Materials，Advanced Energy Materials, Journal of Materials Chemistry A，等学术期刊杂志发表研究论文60余篇。