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人才强校 | 中国农大罗炳程教授等人在新型功能材料及储能器件研究方面取得新进展

2022年09月15日 浏览次数:

中国农大新闻网讯 近日,中国农业大学理学院应用物理系教授罗炳程等人在新型功能材料及储能器件研究方面取得新进展,在《材料化学杂志A》(Journal of Materials Chemistry A)上发表题为《镍钴磷合金纳米颗粒装饰的碳纳米片阵列装配在镍纳米线上用于高体积能量密度的超级电容器》(NiCoP nanoparticle-decorated carbon nanosheet arrays assembled on nickel nanowires for volumetric-energy-dense supercapacitors)的研究论文,并被选为期刊封面。

图1:期刊封面(Inside back cover)

储能是实现“碳达峰”与“碳中和”战略目标的核心关键技术。电化学活性材料如电池电极、电容器电极以及催化剂等,由于自身较低的电子导电性限制,难以发挥其本征性能优势。而且,电化学循环过程中活性材料反复的体积变化会导致因结构不稳定引起的聚集、粉化而降低器件的性能。因此,如何有效提高活性材料的导电性和结构稳定性是储能和催化领域的研究重点和难点。

中国农业大学理学院罗炳程教授、上海交通大学洪敏助理研究员等人针对上述问题,提出了一种普适性的电极结构设计策略,该策略通过简单的水热-磷化工艺,可以将零维活性纳米颗粒锚定在垂直生长在一维纳米导线上的二维纳米薄片阵列上,从而获得了一种高导电率、结构稳定的电极材料。该策略可以将零维、一维、和二维材料的结构优势同时展现在所合成的多级结构电极上,对于储能、催化领域中材料结构的调控具有深刻的指导意义。

图2:多级电极结构的显微形貌

图3:多级电极结构的理论机制

图4:多级电极结构的电化学性能

该工作所报道的多级结构设计是一种有效提升电极材料储能性能的手段,以电容器材料作为展示,具有以下几点优势:

(1) 纳米NiCoP颗粒被均匀锚定在Ni线表面垂直生长的C纳米片阵列上,通过结构设计成功将三种维度材料的优势集中于单个多级结构电极。

(2) 活性NiCoP材料的导电性和结构稳定性得到显著提升,并利用DFT模拟得以证实。

(3)Ni@C-NiCoP单电极、G-CNT//Ni@C-NiCoP器件均表现出优异的电化学性能。

(4)该工作所提出的结构设计理念,可以延伸到电池材料和催化领域。

上海交大洪敏助理研究员和中国农业大学罗炳程教授为论文第一作者,合作单位包括中国农业大学、上海交通大学和中国地质大学(北京)。该成果得到中央高校基本科研业务费专项资金资助(15052001)、上海市自然科学基金以及中国农业大学校级高性能计算平台等项目支持。

罗炳程教授在新材料理论预测与合成、介电铁电陶瓷及复合材料、柔性电子材料与能源存储器件等方面,积累了丰富的研究经验,并取得了一系列创新性研究成果。目前,已经在Nature Communications、PNAS、Advanced Functional Materials、iScience、Carbon等期刊上共发表SCI论文60余篇。

本课题组欢迎化学、材料科学与工程、凝聚态物理、固体力学等相关专业背景的学生报考硕士和博士,课题组常年招聘博士后,有意申请者请发送邮件至luobc21@cau.edu.cn

原文链接:https://doi.org/10.1039/D2TA04307F

供稿:理学院

供图:理学院

编辑:李杨

责编:于哲

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