孙正明教授团队在长寿命锂硫电池研究方面取得新进展

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日前，东南大学材料科学与工程学院孙正明教授团队在国际知名期刊Advanced Materials上以“MXene-derived TinO2n-1 quantum dots distributed on porous carbon nanosheets for stable and long-life Li−S batteries: Enhanced polysulfide mediation via defect engineering”为题发表学术研究论文，介绍了其在长寿命锂硫电池材料设计制备与机理研究方面的最新进展。
        锂硫电池因具有数倍于锂离子电池的理论能量密度（2600 W h kg–1）而被认为是最具前景的下一代电化学储能器件之一。然而，单质硫与多硫化物的低电导率、多硫化物的穿梭效应、循环过程中的巨大体积效应等因素严重制约着锂硫电池的商业化应用。
       孙正明教授团队近年来面向我国新材料与新能源领域的重大需求，开展了高能量密度、高功率密度、大规模以及柔性储能等技术的共性理论与应用开发的研究。在前期工作基础上(Nanoscale, 2020, 12, 24196; 2D Mater, 2020, 7, 025049; ACS Appl Energy Mater, 2019, 2, 705等)，提出了一种集物理限域、化学吸附和催化转化于一体的“all-in-one”硫载体，大幅提升了锂硫电池的循环稳定性。该工作利用新型二维材料MXene为单一前驱体，首次通过可控原位转换策略构筑了富含氧空位的氧化物量子点修饰多孔碳纳米片复合结构。通过原位拉曼、多硫化物吸附、第一性原理计算等多种实验与理论方式揭示了氧空位及其复合结构对多硫化物的吸附和催化转化作用机制。该复合结构电极在快充（2C）下循环1000圈后依然具有88%的容量保持率。不仅如此，在4.8 mg cm–2硫负载量和4.5 μL mg–1贫电解液下仍然表现出良好的循环性能，并可用于柔性软包电池。该工作为不仅为碳负载缺陷型氧化物量子点材料开发提供了新策略，也为理解多硫化物转化过程和穿梭效应抑制机理提供了新思路。

图：MXene原位构筑缺陷型氧化物量子点修饰的多孔碳片及其对多硫化物的可逆催化转化过程

       东南大学材料科学与工程学院博士生张恒、至善博士后杨莉为本文共同第一作者，潘龙副教授和孙正明教授为共同通讯作者，东南大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金重点项目、江苏省双创团队、江苏省自然科学基金青年项目和江苏省研究生科研创新实践计划等项目资助。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008447
        文章来源：东南大学
       孙正明，教授、博导、国家特聘专家、东南大学材料学院院长。东南大学本科，中科院金属所硕士，中科院金属所-维也纳大学联合培养博士。先后在中科院、维也纳大学（博士后）、日本丰桥技科大学（JSPS）、美国Drexel大学进行复合材料、金属间化合物、先进陶瓷等研究。回国前在日本产业技术综合研究所（AIST）任部长助理兼主任研究员。入选国家高层次人才计划。近年来，在金属性陶瓷MAX相材料、二维材料MXene等在能源环境领域的基础与应用研究中取得重要进展，得到国家重点研发、国家自然科学基金重点及面上、江苏省双创团队及人才等国家与地方的重大科研项目支持。获中国侨界贡献（创新人才）奖。
       潘龙，副研究员，硕士生导师。2012年本科毕业于西北工业大学，2017年博士毕业于清华大学。随后，进入苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）进行博士后研究。2019年加入东南大学材料学院。研究方向主要为低维纳米材料的可控制备、多层级自组装及其在电化学储能与催化领域的应用。以第一作者和通讯作者在Advanced Functional Materials、Nano Energy、Energy Storage Materials、Small等杂志发表论文超过15篇。