厦大赵金保/杨阳&广工李成超团队: 单次循环容量衰减 0.00008%

学术   2024-12-27 10:40   英国  

研究背景

水系锌碘 (Zn-I₂) 电池由于具有本质安全、环境友好、价格低廉等优势受到广泛关注,但其进一步应用受到多碘化物穿梭和碘物种间氧化还原动力学缓慢的限制。尽管研究人员已经提出了各种单原子催化剂 (SACs) 来提高电化学性能,但不同 SACs 参与碘氧化还原的潜在机制尚未完全阐明。

因此,考虑到 d 区金属种类的多样性,建立多碘化物转化反应与 SAC 的 d 电子结构之间的相关性,将会为筛选更高效抑制 Zn-I₂ 电池中穿梭效应并提高碘反应动力学的单原子催化剂提供有力指导。

文章简介

近日,厦门大学赵金保教授杨阳副教授联合广东工业大学李成超教授证明了 d 区 SAC 与多碘化物之间的相互作用遵循 d-p 轨道杂化理论,并利用 DFT 计算预先筛选了一系列具有不同 d 区过渡金属位点的 SAC,以评估其催化效果

该工作利用 DFT 计算预先筛选了一系列具有不同 d 区过渡金属位点的 SAC,以评估其催化效果。Nb-NC 由于其具有大量未填充的反键轨道,有利于 Nb-d 和 I-p 轨道之间形成高效的 d-p 杂化。因此,具有 0.271 eV 低 d 带中心的 Nb-NC 与各种碘物种间的结合能最高,且其决速步骤(I₃⁻ → I⁻)的反应势垒最低。这些理论预测得到了各种原位/非原位表征手段的充分验证:自支撑的 Nb-NC/I₂ 正极能够有效抑制碘物种的穿梭效应并增强氧化还原动力学。基于此,Zn||Nb-NC/I₂ 电池在 10 A g⁻¹ 的电流密度下,可在 50,000 次循环后仍保持 140 mA h g⁻¹ 的超高比容量,每次循环的容量衰减仅为 0.00008%。
该成果以“Theoretical calculations-driven rational screening of d-block single-atom electrocatalysts based on d-p orbital hybridization for durable aqueous zinc-iodine batteries”(《基于 d-p 轨道杂化理论筛选用于锌碘电池的高效单原子催化剂》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Energy & Environmental Science 上

论文信息

  • Theoretical calculations-driven rational screening of d-block single-atom electrocatalysts based on d-p orbital hybridization for durable aqueous zinc-iodine batteries

    Jin Yang, ‡ Yuanhong Kang, ‡ Fanxiang Meng, Weiwei Meng, Guanhong Chen, Minghao Zhang, Zeheng Lv, Zhipeng Wen, Chengchao Li,* Jinbao Zhao* and Yang Yang*杨阳,厦门大学)

    Energy Environ. Sci., 2024, Advance Article
    https://doi.org/
    10.1039/D4EE04119D

作者简介

赵金保 教授
厦门大学
本文通讯作者,厦门大学特聘教授,博导。现任新能源汽车动力电源技术国家地方联合工程实验室(厦门大学)主任、电化学技术教育部工程研究中心主任、福建省新能源汽车动力电池及储能关键材料工程实验室主任等职。长期从事化学电源(特别是锂离子电池)和功能性高分子材料的研发和商品化工作,特别是在日本日立集团工作的十多年间,一直从事锂电池等化学储能关联的研发工作,是最早在国外跨国企业从事锂离子电池研发的中国人研究员之一。已在全世界(主要申请国为日本、美国、中国)申请发明专利 100 多项,其中 60 多项专利已获授权,多次荣获技术发明社长奖(公司最高奖之一)等表彰。高性能的功能性电解液、高安全性隔膜材料、硅基负极材料等代表性研究成果(技术发明)已广泛在国内外的大型企业应用。








杨阳 副教授
厦门大学
本文通讯作者,厦门大学副教授,博士生导师,入选厦门大学南强青年拔尖人才计划。长期从事高安全性快充型锂离子电池、本征安全水系锌电池和电化学原位表征技术的相关工作。主持多项国家、省部级科研项目。已在 Nature Communications、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Nano letters、ACS Energy Letters 等期刊发表论文 60 余篇。

期刊介绍

A journal linking all aspects of the chemical, physical and biotechnological sciences relating to energy conversion and storage, alternative fuel technologies and environmental science

rsc.li/ees

Energy Environ. Sci.

2-年影响因子*32.4
5-年影响因子*34.5
JCR 分区*Q1 化学-多学科
Q1 能源&燃料  
Q1 工程-化工
Q1 环境科学
CiteScore 分50.5
中位一审周期36 


Energy & Environmental Science 致力于发表非常重要、非常高质量的权威性研究工作,以应对能源供应和环境保护方面的全球性重大挑战。鉴于能源转换和存储、替代燃料技术和环境科学相关问题与挑战的复杂性,本刊的发文范围广泛,但都必须与能源环境问题有所关联,并且应能引起广大读者的广泛关注。所发表论文的主题既包括具有重大影响的基础研究,也涵盖了横跨(生物)化学、(生物/地球)物理科学和化学工程学的跨学科研究和分析工作。

Chair
  • Jenny Nelson
    🇬🇧 伦敦帝国理工学院

Editorial board members
  • Xinhe Bao (包信和)
    🇨🇳 中科院大连化物所

  • Christoph Brabec
    🇩🇪 埃尔兰根-纽伦堡大学

  • William Chueh
    🇺🇸 斯坦福大学

  • Kazunari Domen
    🇯🇵 东京大学

  • Linda Nazar
    🇨🇦 滑铁卢大学

  • Jan Rossmeisl
    🇩🇰 哥本哈根大学

  • Jennifer Wilcox
    🇺🇸 宾夕法尼亚大学

  • Karen Wilson
    🇦🇺 格里菲斯大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

CiteScore 2023 by Elsevier

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