北京理工大学赵永杰副教授，CEJ尖晶石结构高熵氧化物在电化学领域的应用- 大数跨境

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北京理工大学赵永杰副教授，CEJ尖晶石结构高熵氧化物在电化学领域的应用

科学材料站

2021-11-09

导读：本文通过原位XRD、热分析等手段揭示尖晶石结构高熵氧化物中的熵变行为与基体晶体结构的作用关系，并就所得高熵氧化物的电化学领域应用进行初步探究。

文章信息

尖晶石结构高熵氧化物在电化学领域的应用

第一作者：Zheng Sun

通讯作者：赵永杰*

单位：北京理工大学

研究背景

高熵氧化物（HEOs）有别于只有一种或几种主要元素的传统氧化物，其起始组元可具有不同的晶相结构。在高熵钙钛矿、岩盐、尖晶石结构中，一般来说有五种甚至更多的主要金属元素可同时占据HEOs中的等原子位，基体仍然可以保持固溶状态。

由于这些结构的材料组成极为灵活，通过组元的合理调控，会呈现出一些惊人的性能，如高强度、高断裂韧性、优异的低温/高温性能、离子储存能力和催化性能。

文章简介

基于此，北京理工大学赵永杰副教授在期刊Chemical Engineering Journal上发表题为：“High Entropy Spinel-structure Oxide for electrochemical application ”的研究文章。

论文通过原位XRD、热分析等手段揭示尖晶石结构高熵氧化物中的熵变行为与基体晶体结构的作用关系，并就所得高熵氧化物的电化学领域应用（电池负极材料、电催化剂）进行初步探究。

图1. 尖晶石型高熵氧化物的结构表征及熵稳定行为与基体晶相结构的作用关系

本文要点

通过XRD和TG&DSC等分析手段，表明所制得的高熵尖晶石Cr_0.2Mn_0.2Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2)₃O₄（S-HEO）中不存在明显的熵驱动相结构稳定的行为，高熵尖晶石氧化物中大的生成焓足以克服温度变化引起的熵变。

因此对所得高熵氧化物进行高温退火等处理，并没有发生相分离。将所得高熵氧化物运用到电化学领域，如锂离子电池负极材料，S-HEO在100 mA g^-1时具有560 mAh g^-1的比容量，在5 A g^-1的电流强度下5000次循环后仍具有100%的优异容量保持率；作为OER过程的电催剂，相比与中熵组元、单组元，S-HEO呈现出明显的鸡尾酒效应，催化性能优于其他组分，332 mV的过电位下可以驱动 10 mA cm^-2的电流密度。

文章链接

High Entropy Spinel-structure Oxide for electrochemical application

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721050221

通讯作者简介

赵永杰副教授

主要从事功能陶瓷材料及电子陶瓷元器件的开发。截止目前，以第一作者和通讯作者身份在Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Catalysis、Nano letter、Nano Energy、Small、ACS Applied Materials Interfaces、Journal of Power Source、Electrochimica acta、Scripta Materialia、Journal of the American Ceramics Society等杂志上发表SCI论文70余篇。申请获批发明专利10余项。先后主持国家自然科学基金青年和面上项目、北京理工大学优秀青年教师、清华大学新型陶瓷及精细工艺国家重点实验室开放基金等项目。担任清华大学材料学院“先进材料国家级实验教学示范中心”教学指导委员会委员，期刊Materials客座编辑。