武汉理工大学材料学院麦立强

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Adv. Mater.：多维度协同纳米结构实现高度稳定的钠离子存储

《先进材料》（Advanced Materials）在线发表了武汉理工大学麦立强教授课题组和中科院物理所白雪冬教授课题组关于超长寿命钠离子电池负极材料的联合工作，该论文题为“Multidimensional Synergistic Nanoarchitecture Exhibiting Highly Stable and Ultrafast Sodium-Ion Storage”，（DOI: 10.1002/adma.201707122）。论文第一作者为武汉理工大学博士研究生谭双双，论文共同通讯作者为：魏湫龙博士，白雪冬教授和麦立强教授。

背景介绍：

  钠离子电池由于钠资源丰富，价格低廉等优势已经成为智能电网、大规模储能等领域中最具潜力的储能元件之一。近年来，Li4Ti5O12,Na4Ti5O12, Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2等嵌入性负极材料被大量研究。但是由于有限的嵌入位点与电化学还原中心，它们的放电比容量最高也只能被提升到300mAh/g。因此，进一步开发具有高容量的转化反应型钠离子电池负极显得尤为重要。但是这类材料在反应过程会发生较为严重的结构破坏，导致循环寿命下降。同时，其本征的低离子/电子扩散系数限制了快速的充放电能力。这两个难题使得转化反应型材料难以应用于大规模储能设备。

研究内容：

为了解决以上问题，该文设计合成了一种由超细的V2O3纳米颗粒嵌入在一维碳纳米管中（V2O3⊂C-NTs），进一步组装到三维的还原氧化石墨烯框架中的多维度协同纳米结构（V2O3⊂C-NTs⊂rGO）。这种多维度组装的纳米结构相对于零维/二维以及零维/一维纳米复合结构表现了独特的优势。一维碳纳米管可以有效地限制活性纳米颗粒的自团聚与体积膨胀，同时三维石墨烯框架可以缓冲一维碳纳米管的膨胀应力，致使一维碳纳米管可以稳定地发挥其限域效应，并且缓解了表面SEI膜的破裂。另一方面，三维的石墨烯框架和一维碳纳米管提供了优异的电子传输能力，超细的零维纳米单元具有大大缩短的离子传输距离，这些结构特性保证了电子/离子的快速转移。受益于这种各维度单元间的协同效应，多维度组装纳米结构展现出了超长的循环寿命以及优异的倍率性能（1A/g电流密度下循环1000次，容量依然保持在250 mAh/g，5 A/g电流密度下循环15000次后容量保持率为72.3%，20A/g电流密度下可输出165 mAh/g的放电比容量）。

文献链接: Shuangshuang Tan, Yalong Jiang, Qiulong Wei*, Qianming Huang, YuhangDai, Fangyu Xiong, Qidong Li, Qinyou An, Xu Xu, Zizhong Zhu, Xuedong Bai*, Liqiang Mai*, Multidimensional Synergistic Nanoarchitecture Exhibiting Highly Stable and Ultrafast Sodium-Ion Storage, Advanced Materials, 2018, DOI: 10.1002/adma.201707122.

麦立强教授团队简介
麦立强教授课题组主要开展新型纳米储能材料与器件领域的前沿探索性研究，包括新能源材料、微纳器件、面向能源的生物纳电子界面等前沿方向。率先将纳米器件应用于电化学储能研究，重点开展了纳米电极材料可控生长、性能调控、器件组装、原位表征、电输运与储能等系统性的基础研究，取得了一系列国际认可的创新性成果。课题组近年来主持/承担了国家重点基础研究发展计划、国家国际科技合作专项、国家杰出青年基金、教育部“长江学者特聘教授”、创新团队发展计划、国家青年##计划、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才计划等20余项。目前，实验室在Nature Nanotechnology, Nature Communications, PNAS, Advanced Materials, Energy & Environmental Science, Nano Letters,等国际著名期刊发表学术论文200余篇，其中影响因子大于10的60余篇，21篇论文入选ESI 近十年高被引论文，3篇入选ESI全球TOP 0.1%热点论文；取得授权国家发明专利50余项。获中国青年科技奖、光华工程科技奖（青年奖）、湖北省自然科学一等奖、侯德榜化工科学技术奖（青年奖）、Nanoscience Research Leader奖、入选“百千万人才工程计划”、国家“万人计划”领军人才，并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号；指导学生获得 “中国青少年科技创新奖”（3届），全国大学生“挑战杯”特等奖（1届）、一等奖（1届）、二等奖（4届），中国大学生自强之星标兵（1届）和2014年大学生“小平科技创新团队” 等湖北省自然科学一等奖一项。
麦立强教授课题组链接:http://mai.group.whut.edu.cn