近日，我院张道洪教授/王秋凡副教授团队在摇椅式水系铵离子电池领域取得了新的研究进展，研究成果以“Oxygen Vacancy-Enriched Bi2SeO5 Nanosheets with Dual Mechanism for Ammonium-Ion Batteries”为题发表在国际权威期刊《ACS Nano》上。我院研究生凌丹丹、王琪为论文第一作者，张道洪教授和王秋凡副教授为论文通讯作者，威尼斯wns8885556为第一通讯单位。
新能源储能器件对于当今社会的可持续发展至关重要，水系储能器件在大规模实际应用中具有巨大的潜力。非金属铵离子(NH 4+)作为一种新兴的电荷载体，具有金属离子无法实现的特性，例如水合半径小、摩尔质量轻等。自从摇椅式水系铵离子电池(AIBs)诞生以来，国内外报道了许多关于NH 4+储存的研究，然而很少有研究专注于开发用于NH 4+存储的高性能阳极。Bi基化合物作为一种低成本、无毒的层状化合物，具有宽的电压窗口和独特的强氧化还原反应，在充/放电过程中变现出稳定的长电压平台，能够提供较高的容量。因此，将Bi基化合物用作AIBs的高性能阳极，有望发展成为一种绿色环保的水系电池产品。
鉴于此，本工作通过简单的一步水热法合成了Bi2Se3纳米片前驱体，并将其作为模板在空气中煅烧，通过调控不同的煅烧温度以获得富氧空位的Bi2SeO5纳米片。氧空位的存在加速了离子传输，并提高了材料的导电性。同时，通过纳米级Kirkendall效应，氧和硒的扩散速率不同获得了多孔的纳米片机构，产生了更多的活性位点。根据非原位表征，提出了层状Bi2SeO5中NH4+/H+的可逆共插/脱插、氢键形成/断裂和转化反应机理。因此，优化后的Bi2SeO5阳极在1 M NH4Cl电解液中，在0.3 A g-1条件下具有341.03 mAh g-1的高可逆容量，在3A g-1条件下循环7000次后的容量保持率为86.7%，这与氧空位的存在促进了离子/电子的转移，促进了NH4+与主体材料之间氢键的形成有关。组装的MnO2//Ov- Bi2SeO5摇椅式AIB提供了0-2.0 V的宽电压窗口，拥有较高的能量/功率密度。此外，器件可作为电压源驱动光电探测器，为下一代AIBs高性能阳极的开发及高性能水系储能器件的制备提供了思路。
张道洪教授领衔的超支化聚合物团队是校学术团队，入选了湖北省自然科学创新群体、国家民委创新团队和湖北省双创战略团队，依托于威尼斯wns8885556化学与材料科学学院、催化转化与能源材料化学教育部重点实验室和超支化聚合物合成与应用技术湖北省工程研究中心，长期从事超支化聚合物、碳纳米管新能源材料与器件、风电绝缘高分子材料的设计制备及其应用研究工作。团队主持国家自然科学基金项目10余项、省重大重点和企业委托项目30余项，获授权国际、国家发明专利70余件。部分成果获中国石油和化学工业联合会科学技术发明奖一等奖2项、湖北省科学技术发明奖一等奖1项。近几年团队在超支化聚合物（Nat Sustain. 2020, 3, 29；Prog Mater Sci. 2022 130,100977；Angew Chem, 2022, 61,e202211713; Chem Eng J: 2018, 343,283; ACS Macro Lett, 2021, 10, 1113）及新能源材料与器件（ACS Nano 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c08460; Small 2023, 2301189; Small 2023, 2206701; Chem. Eng. J. 2019, 371, 145; Inorganic Chem. 2022, 61, 19567; Nano Research 2022, 15, 8118-8127）等领域获得了一些重要成果，促进了相关领域快速健康发展。
王秋凡，威尼斯wns8885556副教授，硕士生导师。从事超级电容器、水系电池、柔性传感器及电致变色等研究工作，完成国家自然科学基金青年项目、主要参与者参加湖北省技术创新重大专项、湖北省自然科学基金等项目。以第一/通讯作者在ACS Nano、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Small、Nano Research、Inorganic Chemistry等期刊发表SCI论文40余篇，申请国家发明专利5项，其中授权4项。
文章信息：Dandan Ling#, Qi Wang#, Guofu Tian, Hao Yu, Daohong Zhang*, and Qiufan Wang*. Oxygen Vacancy-Enriched Bi2SeO5 Nanosheets with Dual Mechanism for Ammonium-Ion Batteries, 2023, doi.org/10.1021/acsnano.3c08460
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c08460
作者：王秋凡 责编：张道洪 审核：祁帆 发布：艾丽菲拉 发布时间：2023-12-14
