化學科學與工程學院·藥學院郭洪教授團隊日前在Nature出版集團旗下刊物Scientific Reports（影響因子：5.578）發(fā)表關(guān)于鈉離子電池負極材料的最新研究成果“Hierarchical hollow Fe2O3@MIL-101(Fe)/C derived from metal-organic frameworks for superior sodium storage” (www.nature.com/articles/srep25556)。郭洪教授系論文的通訊作者，其指導的2014級碩士研究生李成平為第一作者，該課題受到973計劃、國家自然科學基金面上項目及云南大學“青年英才”培養(yǎng)計劃的支持。
隨著新能源汽車、太陽能、風能、各類電子設備及智能電網(wǎng)等能量儲存與轉(zhuǎn)換領域的快速發(fā)展，開發(fā)資源豐富、綠色環(huán)保的高比能儲能材料具有巨大的潛力和現(xiàn)實意義。鈉儲量豐富，而且價格低廉、分布廣泛；半電池電位比鋰離子電池高；適合采用分解電壓更低的電解液，因而安全性能更佳；電化學性能相對穩(wěn)定,被認為是下一代儲能和動力電池的理想選擇。鈉離子負極材料目前報導相對較少，主要難點在于：單用金屬鈉作負極時，不僅與金屬鋰一樣受枝晶困擾，而且其熔點僅為97.7 ℃，無法實現(xiàn)安全應用；而傳統(tǒng)商業(yè)化的鋰離子電池負極材料石墨不能作為鈉離子電池的負極，因為鈉離子大，不能嵌入在石墨層之間。因此，研發(fā)高比能、低成本、長循環(huán)壽命、高倍率、循環(huán)穩(wěn)定、安全性高的二次鈉電池負極材料是目前學術(shù)界和工業(yè)制造領域的重要研究方向。課題組在新能源及環(huán)境新材料開展深入研究，已經(jīng)在Green Chem.(2014,16,2539, IF=8.02), Nanoscale (2014,6,15168,IF=7.39), Chem. Commun.(2014,50,9485,IF=6.83)及Scientific Reports (2015, DOI: 10.1038/srep13310)等國際著名期刊發(fā)表多篇論文。
本次研究在前期深入工作的基礎上，創(chuàng)造性的可控構(gòu)建金屬有機框架結(jié)構(gòu)中空納米異質(zhì)結(jié)Fe2O3@MIL-101(Fe)/C鈉離子電池負極材料，并對材料進行結(jié)構(gòu)、形貌、電化學性能等分析測定。Fe2O3@MIL-101(Fe)/C納米異質(zhì)促進了電荷分離，并提高了電子遷移率，在動力學上提高了電極材料的電化學活性。這種獨特的中空納米結(jié)構(gòu)極大的縮短了Na+和電子的遷移路徑，提高材料的導電性和高倍率性能；提高材料的比表面積，暴露更多的活性位點，增強材料的電化學活性；空心結(jié)構(gòu)可有效緩沖電化學反應過程中的體積膨脹，防止電極粉花失效。研究結(jié)果表明：Fe2O3@MIL-101(Fe)/C 電極的穩(wěn)定可逆容量為710 mAhg?1（200 mA g?1電流密度下）， 首次庫倫效率87.1%，經(jīng)過200次充放電循環(huán)后仍能保持在662 mAhg?1，保持率為93.2%，表現(xiàn)出良好的電化學性能。該材料的合成方法簡單經(jīng)濟、快速、環(huán)境友好，為大規(guī)?；a(chǎn)提供技術(shù)支持，并且作為一種的普適方法可有效應用于藥物傳輸、催化、光催化及水處理等重要研究領域。
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