近日，我院化学学科骨干夏书标博士和刘建军博士团队在国际顶级期刊《Journal of Power Sources》（电源杂志）和《Journal of Energy Chemistry》（能源化学杂志）上连续发表2篇高水平论文：In-situ synthesis of nanocomposite from metal-organicframeworks template for high-performance rechargeable batteries和Extended π-conjugated N-containing heteroaromatichexacarboxylate organic anode for high performance rechargeable batteries。该成果收录期刊《Journal of Power Sources》为国际能源类顶级期刊，即时影响因子8.43，中科院最新分区一区，TOP期刊。《Journal of Energy Chemistry》为国际能源化学类顶级期刊，即时影响因子7.18，中科院最新分区一区，TOP期刊，中国科技期刊卓越行动重点期刊。该论文的顺利收录，得益于学校领导对科研的高度重视和学院领导对科研的鼎力支持。论文DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.228247；10.1016/j.jechem.2020.04.039。
两位博士在前期锡基金属有机骨架(MOF)材料(Sn-PMA)的基础上进行深入研究。通过碳化处理后形成含碳多孔疏松的SnO2和SnO混合物，控制碳化条件调控出不同比例的SnO2和SnO。将制备得到的SnO/SnO2@C材料应用于锂离子电池负极表现出优异的电化学容量，首次放电比容量达到1600 mAh/g。高倍率下循环400次仍然保持615.0 mAh/g的放电比容量。通过非原位XRD分析，推测了SnO/SnO2@C电极材料的锂离子充放电机理。反应首先进行转换反应，SnO2和SnO首先与Li+结合被还原为金属Sn和Li2O；其次发生合金化反应，Sn继续与Li+结合形成Li22Sn5合金；同时结构中碳也参与充放电反应。该研究成果承接课题组上次报道的锡基金属有机框架电极材料，进一步验证了MOF材料及其衍生物作为锂离子电池电极的可行性及其储锂机理。
图1. (a) Sn-PMA材料的SEM图; (b) SnO/SnO2@C 复合物的SEM图; (c) HRTEM of SnO/SnO2@C复合物的HRTEM图; (d)和(e)图c中选区傅里叶转换图;(f), (g) , (h)和(i)SnO/SnO2@C复合物的元素分布图。
与此同时，两位博士所在团队也在新型有机电极材料积极开展探索研究，合成了一种新型共轭有机锂盐Li6-HAT用于锂离子电池电极表现出非常优异的稳定性。首次放电比容量达到1126 mAh/g。高倍率下循环3500次仍然保持294.5 mAh/g的放电比容量。通过DFT理论计算和原位红外测试，推测了Li6-HAT电极材料的锂离子充放电机理。结果表明Li6-HAT电极材料具有2个活性位点，放电反应时Li+首先与C=N双键结合，其次与羰基中的C=O双键结合。该成果对于有机电极材料的充放电机理具有较高的理论指导价值和实际应用意义。
图2. Li6-HAT电极的充放电机理。
文章的共同作者包括：闫宇星、黄文进(本科生)、成飞翔(通讯作者)、刘建军(通讯作者) -Journal of PowerSources；刘腾、黄文进(本科生)、成飞翔、刘建军(通讯作者)-Journal of Energy Chemistry。该研究得到了国家自然科学基金、云南省科技厅、云南省“千人计划”青年人才专项、云南省“万人计划”青年拔尖人才、云南省中青年学术与技术带头人后备人才等项目的经费支持。
供稿人：贺池先