尚怀芳等提出了通过自旋状态的调制抑制富锂锰基正极材料的电压滞后问题

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近日，我院尚怀芳老师与北京大学夏定国教授团队合作，在国际上首次提出了通过自旋状态的调制抑制富锂锰基正极材料的电压滞后问题。研究成果以题为“Regulating the Potential of Anion Redox to Reduce the Voltage Hysteresis of Li-Rich Cathode Materials”发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)上（SCI一区，影响因子：16.383）。尚怀芳老师在这一发现的实验合成和数据分析方面作了重要贡献，为该论文的共同第一作者。该研究成果得到了国家自然科学基金项目和中科院国际教育合作项目的资助。

       电压滞后的特征体现在材料的充放电曲线不重叠，或者说材料的能量效率达不到100%，而富锂锰基材料的能量效率只有85%，这代表充放电过程中会发生大量的能量损耗，这部分能量一般都以热能的形式释放，因此对材料的安全性能会有非常重要的影响。目前，对于富锂锰基材料的电压滞后改性工作还未见报道。我校尚怀芳老师与北京大学夏定国教授团队合作，首次通过调节过渡金属的自旋电子结构成功改善了富锂正极材料的电压滞后问题。
        该研究受OER催化剂机制启发，设计合成了两种分别具有高低自旋态的钌酸锂正极材料，成功证明这两种相中过渡金属处于不同的自旋态。进一步通过理论计算结合分子轨道理论表明，孤立eg电子一方面由于J-T畸变可以缩短过渡金属与氧的间距提高共价性，另一方面由于eg电子和氧p电子具有极其类似的轨道对称性，因此，可以让阴离子反应的平台发生下降从而改善了电压滞后现象。通过调节过渡金属的自旋态形成孤立eg电子降低了阴离子电荷补偿的平台并且将富锂正极的能量效率提高到93%。该研究结果不仅揭示了电压滞后的本质，而且对设计和制备高能量密度的层状富锂正极材料具有重要的指导意义。
       全文连接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11640
       文章来源：山西师范大学
       尚怀芳，博士，校聘副教授，硕士生导师。2013年毕业于北京工业大学，获应用化学专业博士学位。2015年6至2021年3月在北京大学进行博士后研究工作，2021年4月至今进入山西师范大学化学与材料科学学院工作。主要从事新能源电池材料的设计合成、表征分析和实际应用。主持了中国博士后科学基金特别资助项目，主要参与国家重点研发计划两项、军用电子元器件工程核心产品研制科研项目、国家“ 973”项目支持计划、北京市自然科学基金重点项目和山西省基础研发面上项目。研究论文发表在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Advanced Mater., Nano lett., Adv. Energy Mater., Nano Energy, Energy Stor. Mater.,J.Mater.Chem.A., ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Phys. Chem. C等国际知名期刊。其中第一作者论文发表在Nano lett., Energy Stor. Mater.,J.Mater.Chem.A., ACS Appl. Mater. Interfaces。获得国家授权发明专利3项，获第十届全国电化学会议优秀口头报告奖和国际电化学能源科学与技术大会（EEST2016）最优报告奖。