碳纳米中心在储能材料及器件方面取得系列重要成果

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近期，材料学院碳纳米材料工程应用研究中心（简称碳纳米中心）在储能材料及器件方面，取得系列重要成果，成果发表在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、Nano energy等期刊上。
       基于该中心前期大量的研究基础，2018级博士生魏传亮和2019级博士生安永灵分别综述了二维材料在储能领域的应用，阐述了二维MXene和硅材料在电池领域中应用的优势、现状、面临的挑战和未来的发展方向，在Advanced Functional Materials（DOI：10.1002/adfm.202004613）和Energy Storage Materials（DOI：10.1016/j.ensm.2020.07.006）上发表高水平综述文章。

       在无负极锂/钠电池方面，2018级博士生田园以“Recently Advances and Perspectives of Anode-Free Rechargeable Batteries”(DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105344)为题在Nano Energy发表综述性文章。评论了无负极锂/钠电池的构造、优势、挑战以及性能改善策略，重点从集流体工程化、电解液优化和测试模型优化三大方面具体综述了无负极锂/钠电池目前的性能优化策略，并对未来的发展方向做了展望。
      据悉，2020年至今，碳纳米中心已发表影响因子10以上学术论文10篇，包括1篇Materials today（IF=26.416），1篇Advanced Functional Materials（IF=16.84），2篇Nano Energy（IF=16.602），3篇Energy Storage Materials（IF=16.28）和3篇Chemical Engineering Journal（IF=10.652）。以上成果第一作者均为碳纳米中心硕/博士研究生，其中山东大学为第一单位的8篇，联合培养单位美国莱斯大学为第一单位的2篇。在这些成果中，博士生陈龙针对纳米粒子插层阻碍水分子的传输导致其通量提升有限的问题，设计并制备了一种具有多级纳米孔结构的氧化石墨烯/共价有机框架化合物（GO/COF-LZU1）复合薄膜，并对其有机溶剂过滤性能进行了研究。相关成果在著名期刊Materials today（DOI：10.1016/j.apmt.2020.100791）上发表。在备受关注的锂电池安全性和长期稳定性方面，中心研究生分别采用在碳布上引入微小的疏锂TiO2颗粒、在正极材料表面包覆普鲁士蓝，在锂金属界面上创建一种简便的人工保护膜、引入液态金属调控锂金属形核和生长机制、泡沫铜表面构筑N/O共掺杂的三维多孔碳结构等策略，大大提高了电池器件的稳定性，抑制了锂枝晶的生成，为开发高效、高稳定的锂离子电池指明了方向。相关研究成果分别发表在Nano Energy（DOI：10.1016/j.nanoen.2020.104942）、Chemical Engineering Journal（DOI：10.1016/j.cej.2019.123542；10.1016/j.cej.2020.126836；10.1016/j.cej.2020.125843）和Energy Storage Materials（DOI：10.1016/j.ensm.2020.01.005）上。在锂-氧气电池方面，2019级博士生代林娜关注到氧气正极作为氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的主要发生地，极大地影响着电池的整体电化学性能的问题，采用一步水热法快速合成Ag掺杂海胆状α-MnO2。相比于未掺杂的α-MnO2，所合成的Ag-MnO2具备更优异的分级多孔结构，能暴露出更多活性位点，有利于O2传输及放电产物的储存；而且适量掺杂的Ag使材料含有更多的氧空位,能够调控形成无定形Li2O2。所组装的锂-氧气电池表现出较低的过电势、更高的首圈放电比容量以及更好的循环稳定性。相关成果发表在Nano Research（DOI：10.1007/s12274-020-2855-0）上。在钾离子电池方面，2018级博士生魏传亮综述了提高钾离子电池稳定性和抑制钾金属枝晶生成的策略，并对钾离子电池未来发展方向进行了展望，在Energy Storage Materials（DOI：10.1016/j.ensm.2020.05.018）上发表高水平综述文章。
        这些成果的取得，得益于碳纳米中心的老师们对研究生的积极鼓励和认真指导，大家共同克服疫情影响，使中心的整体研究水平迈向了一个新的高度。
        碳纳米中心成立于2014年，经过几年的发展，该中心已有副高及以上研究人员8名，培养硕/博士研究生28名，在读研究生37名。中心主要研究方向为碳纳米材料及其应用、新型储能材料与器件、光电子材料与器件。近五年来，在Nature Communications、Energy & Environmental Science等国际知名期刊上发表高水平学术论文200余篇，引起国内外同行的广泛关注。
       上述成果得到了国家自然科学基金、国家自然科学基金国家重点项目、轻质材料液固结构调控及加工技术创新团队项目、山东省泰山学者项目、山东省重点研发计划项目和山东大学青年学者未来计划项目等的支持。
        相关链接：
        https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105344
        https://doi.org/10.1002/adfm.202004613

【供稿单位：材料学院    作者：韩桂芳    编辑：新闻网工作室    责任编辑：苏月鹏 张丹丹 　】