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湖南大学吴英鹏JMCA：异质界面助力钠离子存储

邃瞳科学云

2020-11-30

导读：该工作通过水热及热处法构筑了石榴籽结构Bi@C纳米球（PBCNSs），其中铋团簇均匀镶嵌在碳球基底上，形成的异质界面具有充足的活性位点，并且可以有效地缓冲铋在嵌钠/脱钠过程中的体积变化，同时特殊结构引

文章信息

异质界面助力钠离子存储

第一作者：朱建华

通讯作者：吴英鹏*

单位：湖南大学

研究背景

随着能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的高效利用对于可持续发展来说至关重要。开发低成本、先进的大规模能源储存与转化设备显得尤为迫切。相比锂资源匮乏的致命缺点，钠资源储备丰富且价格低廉，有望应用于高能量密度及功率密度的储存设备。

但是钠离子具有比锂离子更大的半径，通常会导致扩散动力学较慢及循环稳定性差的劣势。因此开发适合钠离子储存，具有高倍率性能和循环性能的负极材料对于实现钠离子电池大规模应用具有重要的指导意义。

文章简介

近日，湖南大学的吴英鹏教授课题组，在国际知名期刊J. Mater. Chem. A（影响因子：11.301）上发表题为“Heterogeneous structured pomegranate-like Bi@C nanospheres for high-performance sodium storage”的文章。

该工作通过水热及热处法构筑了石榴籽结构Bi@C纳米球（PBCNSs），其中铋团簇均匀镶嵌在碳球基底上，形成的异质界面具有充足的活性位点，并且可以有效地缓冲铋在嵌钠/脱钠过程中的体积变化，同时特殊结构引起的微观电场增强有利于电池性能的发挥。该工作对钠离子存储材料的发展具有重要的科学意义。

图1. 石榴籽结构Bi@C纳米球的合成示意图及结构表征。

本文要点

要点一：PBCNSs用于钠离子半电池

将PBCNSs负极材料组装成钠离子半电池时，材料与商业铋粉相比，表现出优异的储钠性能（尤其在高电流密度下，能够展现出更好的扩散动力学优势）。并且在高负载量的情况下，还能展现出较高的可逆容量及循环稳定性。

图2. PBCNSs和商业铋粉的钠离子存储性能

要点二：扩散动力学的表征及内建电场模拟

通过GITT测试以及COMSOL的模拟，相比于微米级商业铋粉，本工作所制备的PBCNSs具有较大的结构优势，具体体现在其具有团簇型铋纳米颗粒可以有效缩短电子和离子的扩散路径；铋纳米颗粒与碳骨架之间能够增强离子扩散和电荷转移动力学，并且能够有效防止铋纳米粒子的聚集和缓冲充放电过程中的体积效应。COMSOL的模拟也证实所制备的PBCNSs具有更高的局部电场，更有利于界面电子的输运。

图3. 石PBCNSs和商业铋粉的GITT表征和COMSOL模拟局部电场

要点三：PBCNSs//NVP@C用于钠离子全电池

为了验证材料的实用性能，以NVP@C为正极材料，以PBCNSs为负极组装成钠离子全电池，该全电池表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

图4. 基于PBCNSs负极的钠离子全电池

文章链接

Heterogeneous structured pomegranate-like Bi@C nanospheres for high-performance sodium storage

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/ta/d0ta09164b

通讯作者介绍

吴英鹏教授

湖南大学化学化工学院教授，博士生导师，湖南大学岳麓学者，湖湘高层次人才聚集工程创新人才，国家四青人才。

本科毕业于上海交通大学化学化工学院，博士毕业于南开大学化学学院，之后分别在斯坦福大学（Stanford University）任博士后，威斯康辛州立大学（UWM）任助理研究员，现入职湖南大学化学化工学院。

近年来，发表论文40余篇，引用超过6200余次，h因子26；其中第一作者/共同第一作者/通讯作者论文包括：Nature, Nature Photonics, Nature Communications, Cell Report Physics Science, iScience, Energy & Environmental Science, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Energy, JMCA等国际著名杂志。

课题组现有教师3人，博士后1人，研究生20余人，设施完备，空间与经费充足，课题前沿。

课题组招聘

一、职位需求简介

A. 副研究员/博士后：

1. 税前年薪20-50万/年（包括基本年薪+奖金，多劳多得上不封顶，细节面议）。

2. 子女入园入学等福利与正式职工相同待遇。

3. 根据工作情况可派出至海外名校交流1-2年。

4. 表现优秀者可留校：全职博士后在站期间计算工作年限从进站之日起计算，博士后期间经评审后可认定为副研究员。

表现优秀入选湖南大学杰出博士后可留组任副教授岗位；

表现优秀但未入选杰出博士后可留组任助理教授。

亦可推荐至湖南省其他高校。

B. 助理研究员：