化工学院新能源与环境材料课题组取得系列研究成果

新闻网讯 近日，化工学院新能源与环境材料课题组在能源领域TOP期刊Journal of Power Sources（IF:9.127）上发表题为“A high-performance MnO₂cathode doped with group Ⅷ metal for aqueous Zn-ion batteries: In-situ X-Ray diffraction study on Zn²⁺storage mechanism”的研究论文（Journal of Power Sources 527 (2022) 231198）。论文第一作者为硕士研究生李虹，江宇博士和颜学敏教授为共同通讯作者，长江大学为第一完成单位。

该研究立足于解决水系锌离子电池(AZIBs)正极材料δ-MnO₂循环稳定性差的问题，构建了第Ⅷ族（Fe,Co,Ni）掺杂的δ-MnO₂材料提升AZIBs的循环稳定性能，并深入研究了Zn²⁺在对应电极内部的动力学和热力学机制。重点以Fe掺杂δ-MnO₂为例，通过第一性原理计算详细讨论了掺杂元素的引入对材料电子结构的影响规律，并通过原位XRD以及对应的电化学分析方法，研究了Zn²⁺在电极内部的存储过程，揭示了Zn²⁺在电极内部的动力学和热力学机制，本研究的结果为进一步提升AZIBs的电化学性能提供了方向和可行路径。

此前课题组在锌-空气电池方面的研究成果“Electronic structure regulation and electrocatalytic mechanism of one-dimensional mesoporous La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCo_xO₃with bifunctional electrocatalysts towards Zn-air batteries”也发表在Journal of Power Sources上（Journal of Power Sources 498 (2021) 229940）。论文第一作者为李传华博士，颜学敏教授为通讯作者，长江大学为第一完成单位。该研究立足于解决锌-空气电池能量效率低以及循环寿命短等问题，开发设计了一维介孔La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCo_xO₃纳米线，该材料具有较高的比表面积和优异的电子传导通道。将其作为阴极催化剂组装成锌-空气电池时，可以显著降低过电势，同时提高其稳定性和循环寿命。通过密度泛函理论计算得到，Co掺杂剂使La_0.8Sr_0.2Mn_1-xCo_xO₃的O 2p和Mn 3d的带心正移，从而改善催化活性，揭示了Co掺杂剂调控钙钛矿双功能催化活性的机理，该研究为设计双功能活性的一维介孔钙钛矿催化剂提供了新的思路。

新能源与环境材料课题组一直致力于双碳背景下新能源与环境相关领域的基础应用研究，近年来在储能电池、制氢技术、CO₂还原、石油污染治理等方向取得了系列研究成果。（化工学院供稿）

（编辑 张晨露）