王欢文/范红金教授AEM: 中空碗状碳的原位硬模板合成:钠和锌离子电容器的潜在应用平台- 大数跨境

首页

王欢文/范红金教授AEM: 中空碗状碳的原位硬模板合成:钠和锌离子电容器的潜在应用平台

科学材料站

2020-11-12

导读：该工作通过原位硬模板方法合理地设计和制造不对称中空碗状碳(HBC)材料。这种形成源于对毛细作用力和碳壳机械强度的微妙控制。

文章信息

原子分散的路易斯酸位点提高了碳基催化剂的2-电子氧还原活性

第一作者：Rixin Fei

通讯作者：王欢文*，范红金*

单位：中国地质大学（武汉），南洋理工大学

研究背景

近年来，钠基储能系统在电网规模的应用中显示出巨大的前景，因为与锂相比，钠源丰富、成本低且可广泛获得。然而，所报道的钠离子存储装置的电化学性能通常比锂离子存储装置的电化学性能低得多，因为大的钠离子半径将导致缓慢的动力学。开发用于可逆钠储存的高容量主体材料的挑战使得钠离子电池与锂离子电池相比仍然缺乏竞争力。与摇椅式电容器不同，钠离子电容器利用阳离子(如钠离子)和阴离子(如四氧化三氯)同时储存能量。

在典型的碳化硅中，阳极包含钠离子的嵌入，而阴极基于多孔碳表面的表面驱动物理吸附。也就是说，钠离子的缺点只存在于碳化硅系统的一个电极上。在这点上，SICs可能显示出以低成本实现高储能性能的更高可行性。到目前为止，碳化硅的主要挑战在于两种不同类型电极之间的动力学和容量不平衡，这很容易导致显著的能量损失和低速率能力。

文章简介

近日，中国地质大学（武汉）王欢文，南洋理工大学范红金教授等在国际顶级期刊Advanced Energy Materials (影响因子：25.245)上发表题为“In Situ Hard-T emplate Synthesis of Hollow Bowl-Like Carbon: A Potential Versatile Platform for Sodium and Zinc Ion Capacitors”的研究工作。

该工作通过原位硬模板方法合理地设计和制造不对称中空碗状碳(HBC)材料。这种形成源于对毛细作用力和碳壳机械强度的微妙控制。六溴环十二烷具有丰富的中孔、大的可及表面积和开放的大孔网络。作为3D主体，二硫化钼纳米晶体通过固相反应锚定在HBC基质上。

所获得的二硫化钼@HBC纳米碗电极表现出假电容钠存储，具有快速动力学、高电流下提高的容量和循环稳定性，这也得到密度泛函计算的支持。钠离子电容全电池采用两种碗状结构(HBC为阳极，HBC为阴极)，具有高能量和功率密度、长循环寿命和相对较低的自放电率。此外，还演示了HBC在锌离子电容器(ZIC)中的应用。

本文要点

要点一：这项工作开发了一种原位硬模板法合成不对称中空碗状碳(HBC)，研究了其形成过程，并展示了其在钠离子和锌离子电容器中的应用。

要点二：二硫化钼@HBC复合碗显示了钠离子的高容量(去)嵌入和由表面赝电容效应增强的快速动力学。二硫化钼@HBC电极的循环性能超过了最近报道的二硫化钼或二硫化钼基钠储存阳极。将HBC直接用作电子双层电容阴极，组装好的MoSe2@HBC||HBC SIC具有高能量密度(118 Wh·kg-1)和大功率密度(50 Wh·kg-1)以及低自放电率(11.6mV·h-1)。

要点三：此外，基于HBC的锌离子电容器相比于商业的ZIC显示出比容量更高和更好的额定能力。这种碳碗将成为一个多功能平台，用于超级电容器、电池、混合电容器以及太阳能脱盐应用中的各种电极应用。

文章链接

In Situ Hard-Template Synthesis of Hollow Bowl-Like Carbon: A Potential Versatile Platform for Sodium and Zinc Ion Capacitors

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002741

通讯作者介绍

王欢文，教授，博士生导师

1985年10月出生于甘肃省西和县；2008年和2011年于西北师范大学分别获学士和硕士学位，2014年于同济大学获博士学位，2013年12月~2014年3月在新加坡南洋理工大学进行联合培养，2015年3月~2016年9月在新加坡南洋理工大学从事博士后研究(合作导师：范红金、颜清宇)，2016年9月至今就职于中国地质大学（武汉），主要从事新型电化学能源存储的研究工作，目前已在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy. Mater., Nano Energy, Energy Storage Mater., Small等期刊发表SCI论文70余篇，其中有14篇入选“ESI高被引论文”，2篇入选“ESI热点论文”，总引用4333次。

http://grzy.cug.edu.cn/wanghuanwen/zh_CN/index.htm

范红金，南洋理工大学物理与数学科学学院的副教授

他于2003年在新加坡国立大学获得博士学位，随后在德国马克斯-普朗克微结构物理研究所和剑桥大学获得博士学位。自2008年以来，他加入南大任教。范博士的专业知识和研究兴趣主要有两个：（1）纳米材料的能量转换和存储应用（包括水分解和电池），（2）半导体低维材料的光学。他因在能源研究中应用原子层沉积（ALD）的工作而闻名。范博士发表了近200篇期刊论文，被引用超过16000，H指数为69。他在2016、2017和2018年被ISI评为“高被引科学家”（Clarivate Analytics）。他是Nanotechnology和Nano Future的编辑委员会成员，Advanced Science，Advanced Materials Interface和Advanced Materials Technologies的顾问委员会成员。范博士曾主持或共同主持国际系列会议，包括MRS，ACS，ICMAT和SICC。

https://research.ntu.edu.sg/expertise/academicprofile/Pages/StaffProfile.aspx?ST_EMAILID=FANHJ