近日，我?；瘜W(xué)學(xué)院李陽(yáng)光、譚華橋教授團(tuán)隊(duì)在高容量鋰離子負(fù)極材料研發(fā)領(lǐng)域取得重要突破。隨著電動(dòng)汽車(chē)以及各類(lèi)電子設(shè)備的飛速發(fā)展和普及，極大推高了人們對(duì)高能量密度鋰離子電池（LIBs）的需求。傳統(tǒng)過(guò)渡金屬氧化物雖然具有高的理論比容量，但其尺寸通常在數(shù)百納米甚至數(shù)微米，而鋰離子的有效傳輸距離通常小于20納米，因此導(dǎo)致材料利用率低、電子傳輸性能差，限制了其容量的提高。多金屬氧酸鹽（POMs）作為一類(lèi)具有亞納米尺寸的金屬氧簇化合物，具有高熱力學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性、可逆的多電子氧化還原性能以及離子存儲(chǔ)能力，因此被認(rèn)為是鋰離子電池最具前景的負(fù)極材料之一。但是，傳統(tǒng)晶態(tài)多酸比表面積低、電子電導(dǎo)性差、易溶解等系列問(wèn)題，限制了多酸在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。針對(duì)上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，李陽(yáng)光、譚華橋教授團(tuán)隊(duì)將多酸與一系列具有高導(dǎo)電性的有機(jī)或碳材料相結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)多酸單分散的同時(shí)顯著改善了材料的導(dǎo)電性和界面儲(chǔ)能性能，成功開(kāi)發(fā)出一系列高容量多酸鋰離子負(fù)極材料，系列研究成果拓展了多酸在離子儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展；相關(guān)研究成果相繼發(fā)表在A(yíng)dvanced Materials、Advanced Functional Materials和Advanced Science等頂級(jí)材料期刊上。
圖1 PMo12/CoTPyP鋰離子電池的相關(guān)研究成果
采用金屬卟啉（CoTPyP）與Keggin型多酸（PMo12）通過(guò)靜電共組裝，成功構(gòu)筑了一系列新型卟啉-多酸自組裝材料。在材料中，卟啉將多酸單分散，而其共組裝所形成的亞納米通道以及多酸與卟啉的協(xié)同儲(chǔ)能，大幅提高了材料的電子/離子傳導(dǎo)性、鋰離子存儲(chǔ)容量和氧化還原反應(yīng)速率。優(yōu)化后的PMo12/CoTPyP，在0.125 A g?1電流密度下能獲得1398 mAh g?1的比容量，并能實(shí)現(xiàn)800圈的超穩(wěn)定循環(huán)服役性能。這項(xiàng)工作為合成同時(shí)具有高分散性、氧化還原活性和穩(wěn)定性的POMs基負(fù)極材料鋪平了策略。該成果以“Co-Assembly of Polyoxometalates and Porphyrins as Anode for High-Performance Lithium-ion Batteries” 為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊Advanced Materials，論文的第一作者為化學(xué)學(xué)院博士研究生劉彥春、周香港、邱天宇；通訊作者為化學(xué)學(xué)院李陽(yáng)光教授、譚華橋教授，李英奇副教授。
為了實(shí)現(xiàn)多釩氧簇的完全利用，團(tuán)隊(duì)使用胺基功能化的多釩酸鹽(POV)，(NH4)2[VIV3VV3O10{NH2C(CH2O)3}3] (tris-V6O19)作為節(jié)點(diǎn)，與有機(jī)連接單體1,4-bi(3-dimethylamino-1-oxoprop-2-enyl)benzene (BDOEB) 通過(guò)邁克爾加成消除一步水熱法，制備了首例3D共價(jià)POV-有機(jī)框架材料，命名為POF-1。POF-1的結(jié)構(gòu)通過(guò)同步輻射全散射原子對(duì)分布函數(shù)（PDF）得到了精確解析，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)POV團(tuán)簇的完全單分散和穩(wěn)定固載，呈現(xiàn)為3D非互穿型dia拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其開(kāi)放和連通的孔道結(jié)構(gòu)使tris-V6O19單分子團(tuán)簇得以充分暴露，這有利于VIV/VV活性組分的完全利用，同時(shí)促進(jìn)其表面的快速傳質(zhì)。因此，POF-1作為鋰離子電池中的負(fù)極材料展示出超高的儲(chǔ)鋰性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該成果以“Three-Dimensional Covalent Polyoxovanadate-Organic Framework as Anode for High-Performance Lithium-Ion Batteries” 為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊Advanced Functional Materials，論文的第一作者為化學(xué)學(xué)院博士研究生趙英男、李文亮副教授、李英奇副教授；通訊作者為化學(xué)學(xué)院李陽(yáng)光教授、譚華橋教授和內(nèi)蒙古大學(xué)張江威研究員。這項(xiàng)工作為高效、綠色合成新型3D 共價(jià)多酸-有機(jī)框架材料開(kāi)辟了新的途徑，在儲(chǔ)能領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。
此外，為了簡(jiǎn)化合成工藝，團(tuán)隊(duì)提出采用碳量子點(diǎn)分散并穩(wěn)定多酸K7MnV13O38 (記為MnV13)，通過(guò)冷凍干燥法，成功制備了系列多酸-碳點(diǎn)復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。優(yōu)化后的MnV13/10CDs負(fù)極在0.1 A g?1的電流密度下展現(xiàn)出高達(dá)1348 mAh g?1的放電容量，并表現(xiàn)出卓越的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該成果以“Monodisperse Manganese-Vanadium-Oxo Clusters with Extraordinary Lithium Storage” 為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊Advanced Science，論文的第一作者為化學(xué)學(xué)院博士研究生唐文思、邱天宇；通訊作者為化學(xué)學(xué)院譚華橋教授，李英奇副教授、王永慧副教授。該研究提供了一種簡(jiǎn)單、快速和有效的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)POM簇的單分散，并觸發(fā)理想且可觀(guān)的多酸-碳點(diǎn)界面儲(chǔ)能。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407705
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202306598
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202402616
