海航,AM :空洞和壳层能够控制的TiO2微球用于提高振实密度和准电容钠离子的蓄积-火竞猜-官网推荐

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陈师行

▲榜首作者: 许鑫,陈博 ;通讯作者(或许一起通讯作者): 黄维,于霆,张华

通讯单位:西北工业大学,南洋理工大学,香港城市大学

论文DOI: 10.1002/adma.201904589

布景介绍

在二次电池负极的研讨傍边,具有空心和纳米片结构的金属氧化物/硫化物电极资料不光可以缩短离子的传输途径,供给更多的活性存储位点,还可以缓冲电极资料在充放电进程中发生的体积胀大,然后改进电池的莒县气候循环稳定性与倍率功能。

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可是,这一类资料往往具有较大的空地结构,会下降电极资料全体的振实密度,然后影响到电池的体积能量密度。因而,针对空心结构,一些研讨人员经过制备出具有多壳层、非对称微纳结构的资料,来缓解这一问题。可是怎么削减纳米片结构发生的无用体积糟蹋,现在还很罕见相关的报导。

另一方面,从电极资料的反响原理来看,以合金-去合金进程与氧化复原反响进行离子存储的资料会发生较大的体积改变,因而“预留满足的应力缓冲空间”就显得十分必要。可是以海航,AM :空泛和壳层可以操控的TiO2微球用于进步振实密度和准电容钠离子的积蓄-火竞猜-官网引荐 TiO2 为代表的嵌入型离子存储资料,其充放电进程中发生的体积改变自身很小(TiO2 在锂离子嵌入-脱嵌进程中的体积改变小于 4 %)。所以在这一类资料的规划进程中,咱们就元宵风俗只需要考虑到“优化传输途径”与“供给活性位点”,并且尽可能下降“预留缓冲空间”这一结构特征的晦气影响。

效果简介

针对上述问题,西北工业大学黄维院士、南洋理工大学于霆教授、南洋理工大学&香港城市海航,AM :空泛和壳层可以操控的TiO2微球用于进步振实密度和准电容钠离子的积蓄-火竞猜-官网引荐大学张华教授课题组,在世界资料学尖端期刊 Advanced Materials 上宣布了题为 “Heterostructured TiO2 Spheres with Tunable Interiors and Shells toward Improved Packing Density and Pseudocapacitive Sodium Storage” 的论文,榜首作者是许鑫博士与陈博博士。

该作业以 Ti冬天恋歌O2 作为钠离子电池负极的研讨目标,经过对反响条件的操控,得到了三种具有代表性的 TiO2 微球(实心微球 TiO2-S,具有较大纳米片壳层的 yolk-shell 微球 TiO2-YB,具有较小纳米片壳层的空心微球 TiO2-HS)。因为纳米片尺度的减缩,相比较于 TiO2-YB,相同质量的 TiO2-HS 具有更opportunity高的振实密度。此外,因为合理的结构规划,TiO2-HS 具有更好的倍率功能与循环稳定性,这一试验效果也经过具体的动力学剖析与密度泛函理论(DFT)核算加以证明。

图文解析

(1) 不同 TiO2 微球的制备流程

▲Figure 1. Schematic diagram of the synthesis routes for different TiO2 sphere海航,AM :空泛和壳层可以操控的TiO2微球用于进步振实密度和准电容钠离子的积蓄-火竞猜-官网引荐s and corresponding SEM images of single spheres (scale bars: 200 nm长沙地图).

(2) TiO2-YB 与 TiO2-HS 的结构表征

从 Figure 2c 和 2f 比照可以看出,因为纳米片尺度的缩小,TiO2-HS 的壳层厚度约为 TiO2-YB 的一半,并且纳米片的密度相对有所进步。Figure 2g 显现了 TiO2-HS 的异质结结构。从 Figure 2h 中可以看出,相同质量的 TiO2-HS,振实体积约为 TiO2-YB 的 70 %。Figure 2h 用简化的平面图阐释了发生这一现象的原因。

▲Figure 2. a–f) TEM images of TiO2-YB (a–c) and TiO2-HS (d–f). g) HRTEM image of TiO2-HS showing heterostructure of bronze and anatase phases. h) Digital photograph of tapped TiO2-HS and TiO2-YB samples with the same mass of 100 mg. The TiO2-HS shows a volume ratio of 70% compared to the TiO2-YB (volume ratio is defined as 100%). i) Simplified schematic deio张又廷n of packed TiO2-YB and TiO2-HS.

(3) 三种 TiO2 微球的 Na+ 贮存功能

经过比照可以得到,得益于合理的结构规划,谷饶镇水灾TiO2-HS 显现出了更为优异的倍率功能和循环稳定性。

▲Figure 3. Na+ storage properties of different TiO2 anode materials. a) Initial charge–discharge profiles of TiO2-HS, TiO2-YB, and TiO2-S anodes at 0.1 A g1, respectively. b) Comparative rate capabilities of the three TiO2 anodes at stepwisely changed current densities. c) Several charge–discharge profdrix9iles of TiO森林狼2-HS anode at 0.2 A g1. d) Cycling investigations of the three TiO2 anodes at 0.2 A g1. e) Cycling properties of TiO2-HS and TiO2-YB anodes at 1 A g1, respectively. f) Long-term cycling performance of TiO2-HS and TiO2-YB anodes at 5 A g1.

(4) 三种 TiO2 微球对 Na+ 存储的动力学剖析

经过比照可以得到(包含 SI 中关于 TiO2-S 的 Na+ 存储动力学剖析),TiO2-HS 具有更好的赝电容 Na+ 存储才能,与前面电极资料的倍率功能测验效果相一致。

▲Figure 4. Quantitative analysis of Na+ storage kinetics for the TiO2-HS and TiO2-YB samples. a,b) CV curves of TiO2-HS (a) and TiO2-YB (b) anodes at 0.2–2 mV s1, respectively. c) Normalized capacity versus scan rate1/2 plots for both of the TiO2-HS and TiO2-YB anodes. d,g) Logarithm pe候车室的故事榜首部ak current versus logarithm scan rate curves, e,h) separation of capacitive and diffusion controlled currents at 1 mV s1, and f,i) pseudocapacitive contribution ratio during different sweep rates for the TiO2-HS and TiO2-YB anodes, respectively.

(5) 两种晶相 TiO2 对 Na 存储与传输的 DFT 核算

经过对 Na 在 anatase 和 bronze TiO2 的晶面、块体内结合能、分散能垒的核算可知:教露出的晶面愈加有利于钠离子的存储与传输,并且 bronze TiO2 具有更优的钠离子存储关于元宵节的诗才能。可是因为 bronze TiO2 晶体结构的相对不稳定,所以二者的异质结结构关于进步 TiO2 可逆容量和循环稳定性具有更好的协同效应(该定论在文中也有相应的试验数据支撑,详见原文)。

▲Figure 5. Theoretical calculations of Na storage and diffusion in anatase TiO2. a–d) Optimized models of Na adsorption in/on the bulk structure, exposed (001), (010), and (100) facets, respectively. e–海航,AM :空泛和壳层可以操控的TiO2微球用于进步振实密度和准电容钠离子的积蓄-火竞猜-官网引荐h) Na diffusion paths in/on the bulk structure, exposed (001), (010), and (100) facets, respectivel北海道气候y. i) Energy barrier-diffusion path profiles of different models.

通讯作者介绍

黄维,我国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太资料科学院院士、东盟工程与技能科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士。教授、博导,有机电子、塑料电子、印刷电子、生物电子及柔性电子学家。“长江学者”特聘教授,国家“出色青年科学基金”取得者,“千人方案”(溯及既往)国家特聘专家,“973”项目首席科学家。亚太地区工程安排联合会(FEIAP)主席,俄罗斯科学院名誉博士、英国谢菲尔德大学名誉博士,英国皇家化学会会士、美国光学学会会士、世界光学工程学会会士。

曾两次取得国家天然科学奖二等奖、三次取得高等学校科学研讨优异效果奖(科学技能)天然科学奖一等奖,以及何梁何利基海航,AM :空泛和壳层可以操控的TiO2微球用于进步振实密度和准电容钠离子的积蓄-火竞猜-官网引荐金“科学与技能进步奖”等,效果入围我国“高等学校十大科技发展”。黄维院士在柔性电子学、特别是有机电子学等范畴取得了很多系统性、立异性的研讨效果,以榜首或通讯作者身份在世界干流学术期刊宣布研讨论文760余篇,h 因子为 120,同行引证逾 川崎小忍者73000 余次,是资料科学与化学范畴全球高被引学者,在幻影 SciVal(全球尖端科技论文数据库)资料学科以及 OLED、Solar Cell和Conjugated Polymer 范畴论文宣布方面排名全球榜首,获授权美国、新加坡和我国等国发明专利 360 余项,出书了《有机电子学》《生物光电子学》《有机薄膜晶体管资料器材和使用》《OLED 显现技能》等学术专著。

张华,现为香港城市大学胡晓明纳米资料讲座教授,英国皇家化学学会会士,亚太资料科学院院士。海航,AM :空泛和壳层可以操控的TiO2微球用于进步振实密度和准电容钠离子的积蓄-火竞猜-官网引荐张华教授课题组致力于纳米资料的(晶)相工程学的研讨,迄今为止已经在世界闻名学术杂志上宣布论文 480 余篇,一共被引证 65,500 余次,H 指数123(Web of Science);被引证 76,800 余次,H 指数 133(Google Scholar)。2014 年起一向当选高被引学者,2014 和 2015 年分别被列为世界 17和 19 位 “Hottest Researchers of Today”(科睿唯安)。

张华教授曾荣获澳大利亚伍龙贡大学 Vice-Chancellor’s International Scholar Award(2016),美国化学会ACS Nano Lectureship奖(2015), 世界文化理事会(WCC)特别赞誉奖(2013), the ONASSIA Foundation Lectureship 迎春花图片(Greece, 2013), Asian Rising Stars (15th Asian Chemical Congress, 2013), SMALL 青年立异奖(Wiley-VCH, 2012)和南洋出色研讨奖(2011)等奖项。

于霆,南洋理工大学终身教授。掌管多个世界、沐雪琪新加坡国家重大项目研讨课题作业并取得多项奖赏,包含 2010 年取得新加坡国家科研基金研讨员奖(National Researc广西南宁h Foundation Fellow),世界达沃斯经济论坛出色青年科学家奖(2010),新加坡物理学会纳米科技奖(2011)等。当选 2017,2018 年 Clarivate Analytics 全球高被引学者。于霆教授课题组已在世界一流杂志宣布科学论文 200 余篇,H 因子为 79,被他引 20000 余次。

文章链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201904589

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