科学研究

材料学院景盼盼博士在快充电池负极与光催化材料领域取得重要研究进展

2022-07-05 15:47 文、图/材料学院 点击:[]

近日,9159com材料科学与工程学院电子信息功能材料与器件创新团队景盼盼博士(副教授)以第一作者身份在国际材料领域TOP期刊《Nano Energy》(IF=19.069)和《Applied Materials Today》(IF=8.663)上分别发表题为“Engineering the architecture and oxygen deficiency of T-Nb2O5-carbon-graphene composite for high-rate lithium-ion batteries”和“2D Z-scheme heterojunction and oxygen deficiency synergistically boosting the photocatalytic activity of a layered BaTiO3/BiOIO3composite”的研究论文,在揭示晶格氧空位提升快充锂离子电池负极材料储锂性能和光催化降解有机污染物活性的相关机理方面取得重要进展,可为后续氧空位的研究提供借鉴。

据悉,晶格氧空位因对无机功能材料的光、电、力和热等各个物理化学特性的调控均具有重要的作用,引起材料研究领域广大学者们的重点关注,其中,如何精准的引入和检测晶格氧空位,并借助第一性原理计算揭示氧空位与材料性能之间的构-效关系一直是相关领域的研究热点与难点。

T-Nb2O5-Carbon-Graphene负极材料的储锂性能

晶格氧空位对T-Nb2O5的态密度、锂离子吸附能和扩散动力学影响的理论研究

电动汽车(EV)的快速发展是当下地面交通运输领域变革的最显著标志。然而,人们在入手电动汽车时,优先考虑的是其“续航里程”“充电效率”和“功率输出”,而作为电动汽车的“心脏”,锂离子电池的性能无疑是影响电动汽车上述特性的最重要因素之一。为此,景盼盼博士等人基于晶格氧空位和2D层状结构,开发了具有超高倍率特性(a capacity of 114 mAh/g obtained at 100 C or 20 A/g)和超长循环稳定性(a capacity of 147 mAh/g obtained at 5C for 1,500 cycles and 107 mAh/g obtained at 50 C for 5,000 cycles)的T-Nb2O5-Carbon-Graphene锂离子电池负极材料,并揭示了T-Nb2O5的晶格氧空位能够有效提升整个复合材料的电子电导和锂离子的扩散动力学特性。此研究工作是景盼盼博士在美国佐治亚理工学院留学期间与Prof. Meilin Liu(Hightower Endowed Chair and Regents' Professor,H-index:135)和Dr. Bote Zhao(现为华南理工大学教授)共同合作完成。

BaTiO3/BiOIO3层状复合材料光催化降解四环素的性能评价

BiOIO3中的晶格氧空位与界面IO3-/I-氧化还原对和能带结构之间的理论研究

半导体光催化氧化还原技术被认为是未来清理环境污水中有机污染物最“绿色”和可操作性的手段之一,其中,技术核心是光催化材料。在众多影响材料催化性能的因素中,太阳能的利用率和光生载流子的量子产率最为关键。为此,景盼盼博士等人以BaTiO3为基体,基于界面晶格氧空位和Z-型异质结构,开发了具有超高光催化降解抗生素(Tetracycline)活性的BaTiO3/BiOIO3层状复合材料,通过DFT计算,建立了晶格氧空位与界面IO3-/I-氧化还原对和能带结构之间的联系:BiOIO3侧的晶格氧空位不仅将其导带下移,增强对太阳光的吸收,而且有助于界面处IO3-/I-氧化还原对的形成,提升光生载流子的Z型分离效率,进而提升复合材料的光催化活性。本研究工作主要由景盼盼博士和其硕士研究生何晨谱(将于2022年秋季入学兰州大学化工学院攻读博士学位)共同完成。理论计算由台湾师范大学的Prof. Jenghan Wang与其研究生完成。(www.9159com为第一通讯单位,台湾师范大学为第二通讯单位)

文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521006534;

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940722002086?ref=cra_js_challenge&fr=RR-1

(核稿:王卓 编辑:刘倩)

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