近日，學(xué)院電化學(xué)儲(chǔ)能及催化團(tuán)隊(duì)課題組與香港城市大學(xué)、中山大學(xué)合作，在能源領(lǐng)域發(fā)表最新研究成果，該成果以“Boosting Zn²⁺ intercalation in manganese oxides for aqueous zinc ion batteries via delocalizing the d-electrons spin states of Mn site”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Energy Storage Materials》（IF=20.4）上，其中五邑大學(xué)為第一單位，學(xué)院鄭得洲副教授、王付鑫博士和香港城市大學(xué)劉奇教授為共同通訊作者，我校21級(jí)研究生黃一峰為論文第一作者。

成果簡(jiǎn)介：

如何實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)已成為全球性焦點(diǎn)和議題，加大可再生能源的綠色開(kāi)發(fā)和高效使用已成為全球共識(shí)，而大力發(fā)展綠色安全的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)則是可再生能源充分開(kāi)發(fā)利用的必要技術(shù)支撐。目前，可充電水系鋅離子電池因安全性高、資源豐富、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，錳基正極材料存在反應(yīng)活性低和Zn²⁺的傳輸動(dòng)力學(xué)緩慢的問(wèn)題，導(dǎo)致電池容量低和倍率性能較差的現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了高性能鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用。為了改善錳基正極材料的電化學(xué)性能，研究人員巧妙設(shè)計(jì)了一種1,5-萘二胺（NAPD）預(yù)插入二氧化錳鉀（KMO-NAPD）。通過(guò)紫外可見(jiàn)光譜能帶的差異、態(tài)密度在費(fèi)米能級(jí)的電子分布、定域函數(shù)的模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)NAPD的引入可以?xún)?yōu)化Mn的電子態(tài),并激活Zn²⁺的反應(yīng)活性。此外，由于靜電相互作用力的降低，插入的Zn²⁺與KMO-NAPD之間的相互作用減少，從而促進(jìn)了Zn²⁺的擴(kuò)散。因此，使用該材料組裝的Zn//KMO-NAPD電池具有高比容量（1 A g^?1的電流密度下，具有237 mAh g^?1的放電比容量），優(yōu)異的倍率性能（在4 A g^?1電流密度下有123 mAh g^?1的放電比容量）和令人滿(mǎn)意的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（1000次循環(huán)后容量保持率高達(dá)85%）。本工作通過(guò)調(diào)控Mn電子態(tài)，促進(jìn)Zn²⁺的反應(yīng)活性，同時(shí)改善Zn²⁺的傳輸動(dòng)力學(xué)，為開(kāi)發(fā)具有調(diào)制電子結(jié)構(gòu)的高性能有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化正極材料提供了一種新策略，有望推動(dòng)高性能水系鋅離子電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

圖1：一種將NAPD嵌入二氧化錳鉀中的方法，通過(guò)使錳位點(diǎn)的d-電子自旋態(tài)離域并激活電極對(duì)Zn²⁺嵌入的反應(yīng)性來(lái)增強(qiáng)Zn²⁺儲(chǔ)存。a.紫外可見(jiàn)光譜能帶分析；b.態(tài)密度電子分布；c.定域函數(shù)模擬；d.儲(chǔ)鋅容量；e.擴(kuò)散能壘。

團(tuán)隊(duì)介紹：

應(yīng)用物理與材料學(xué)院材料科學(xué)與工程新能源材料與器件方向現(xiàn)有博士20余人，逐漸形成一支結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)良好、充滿(mǎn)活力和發(fā)展后勁強(qiáng)的教學(xué)科研人才隊(duì)伍，在新型電池（鋰、鈉、鉀、鋅離子電池）、超級(jí)電容器、燃料電池等新能源材料領(lǐng)域有較高的科研學(xué)術(shù)水平。近三年來(lái)，該方向成員獲批國(guó)家自然科學(xué)基金9項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金10項(xiàng)、廣東省教育廳項(xiàng)目12項(xiàng)，在鉀離子電池、鋅空電池、界面電化學(xué)機(jī)理、鋰電池電解質(zhì)等多個(gè)新能源領(lǐng)域取得了一系列研究成果，迄今以五邑大學(xué)為第一單位，在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Edit.、Energy Storage Mater.、 Adv. Sci.等重要期刊上發(fā)表論文100余篇。其中，電化學(xué)儲(chǔ)能及催化團(tuán)隊(duì)由我校鄭得洲副教授、徐維教授、王付鑫博士、馮其博士、王光霞博士為核心成員組建而成，重點(diǎn)針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能及催化相關(guān)領(lǐng)域，主要圍繞超級(jí)電容器、鋅離子電池、電解水制氫系統(tǒng)和關(guān)鍵材料研究、新型高效貴金屬催化劑等應(yīng)用方向開(kāi)展研究。電化學(xué)儲(chǔ)能及催化是當(dāng)下重要的科研領(lǐng)域，與能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換、環(huán)境保護(hù)、電化學(xué)催化、綠色能源、新能源汽車(chē)等主題密切相關(guān)。近年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)已發(fā)表論文30余篇，包括Adv. Mater.、Energy Storage Mater.、 Adv. Sci.、J. Mater. Chem. A、Chem. Eng. J.等高水平期刊。

文獻(xiàn)鏈接：

Yifeng Huang, Yanzhou Peng, Qin Ouyang, Qi Feng, Hang Wang, Dezhou Zheng^*, Fuxin Wang^*, Xihong Lu, Qi Liu^*. Boosting Zn²⁺ intercalation in manganese oxides for aqueous zinc ion batteries via delocalizing the d-electrons spin states of Mn site. Energy Storage Mater. 2024, 70, 103476. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103476