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二维层状材料可插入原子间,让锂离子电池效能大增

导读: 记者从中国科学技术大学获悉,该核同步辐射实验室宋礼教授课题组,在同步辐射研究插层2D纳米结构方面取得最新新进展。

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记者从中国科学技术大学获悉,该核同步辐射实验室宋礼教授课题组,在同步辐射研究插层2D纳米结构方面取得最新新进展。

二维层状材料因其独特结构和优异性能在能源存储和转化等领域均表现出良好的应用前景。2D层面内原子以强的共价键结合,而层与层之间以弱的范德华力结合,这为客体插层剂插入其层间提供了可能性。插层二维材料能够在原子尺度上实现对材料电子结构和本征物理性质的调控, 提高材料的载流子浓度、迁移率、磁学、光学和热学等物理性质. 近年来, 探索合适的方法制备具有不同类型和功能的二维插层新结构已逐渐成为材料科学、物理、化学等领域的研究热点。合成了金属锡离子插层的三氧化钼二维层状新材料,利用同步辐射技术解析了插层离子与主体材料的相互作用和成键配位环境,将其应用在锂离子电池上,表现出优异的循环稳定性。

在本研究中,科研人员通过调节水热合成工艺将锡(Sn)原子引入到三氧化钼(α-MoO3)纳米带层间,在保持了二维材料原有的形貌和结构稳定性的同时,层间距显示出一定的增大。通过同步辐射XAFS技术深入解析了插层锡原子与主体三氧化钼材料的相互作用和成键配位环境。结合第一性原理模拟发现,锡原子在三氧化钼层间和氧原子相互作用,并与五个氧成键形成独特的五面体结构。得到的锡离子插层三氧化钼材料表现出优异的锂离子充放电性能和超高的循环稳定性,其主要归因于这种金属原子插层策略不仅扩大了二维三氧化钼的层间距,同时提高了材料的导电性,使得锂离子可以在层间快速的传输,在结构稳定性提升的同时增强了锂离子电池的各项指标。

这一研究结果有望为新型插层2D新材料的设计提供新思路和表征新技术。

来源: 科技日报 作者: 吴长锋

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