第一性原理计算解决50年悬而未决难题：半导体中铜为何扩散更快？ 来自公众号：能源学人本文以传播知识为目的，如有侵权请后台联系我们，我们将在第一时间删除。 【研究背景】碱性镍锌电池具有安全稳定和成本低廉的优势，但是正极材料氢氧化镍在碱性条件下容易发生晶型改变，降低活性，另外材料本身活性位点暴露不足限制其总体性能。在此背景下，海南师范大学张定老师、广西民族大学雷炳新教授和广州大学刘兆清教授的研究团队携手合作，共同开展了一项关于高性能电极材料的研究。他们通过构建层级结构纳米花瓣状阵列的NiCoOOH@CoLa-LDH（NC@CL）纳米片，旨在提高电极材料的储能性能和稳定性。 研究人员首先利用镧对八面体Co(OH)2进行部分Co位点取代，合成出CoLa-LDH基底然后在基底上再次原位生长出NiCoOOH，由于La的晶格失配及异质结的微观应力，导致电极材料晶体结构扭曲，调节了电子/离子的传输途径和速率，最终加速电极上的化学反应过程。该电极材料作为超级电容器表现出优秀的可逆比电容(在1 A g-1的充放电电流密度下比电容达到3228 F g-1)。在碱性锌电池测试中0.5 A g-1充放电电流密度下具有381.1 mA h g-1的高容量。该研究成果以“Hierarchical Flower Array NiCoOOH@CoLa-LDH Nanosheets for High-Performance Supercapacitor and Alkaline Zn Battery”在期刊Advanced Functional Materials发表。海南师范大学张定老师为第一通讯作者兼一作，广西民族大学雷炳新教授和广州大学刘兆清教授为共同通讯作者。 【内容表述】为了实现长循环、高能量密度水系锌电池体系，正极材料尤为关键。其不仅需要满足高的物理化学性质稳定，同时要保障较高的活性位点暴露。本文设计的正极体系为CoLa-LDH复合NiCoOOH。这里选择CoLa-LDH作为底层然后在其上原位生长出NiCoOOH，CoLa-LDH高的导电性及循环稳定性结合NiCoOOH良好的电化学性能，二者形成协同储能效应。在电容器测试中最终实现优秀的可逆比电容(在1 A g-1的充放电电流密度下比电容达到3228 F g-1)。在碱性锌电池测试中0.5 A g-1充放电电流密度下具有381.1 mA h g-1的高容量。 图中展示了层级结构纳米花瓣状阵列NC@CL的合成步骤及纯CL和NC@CL的SEM图片。图中可以看到清晰的花瓣状结构。 相对于纯Co(OH)2及NiOOH，NC@CL的晶格条纹明显变大，证明晶体结构发生变形，微观上调节了电子/离子的传输途径和速率，最终加速电极上的化学反应过程。 碱性锌电池测试显示NC@CL//Zn具有高的比容量及电容保持率。倍率性能测试显示NC@CL具有良好的电容可逆性，经过2000次循环电容保持90%以上。 PDOS揭示了NC@CL中各元素之间的相互影响。图中显示钴位点受镍位点影响，活性提升。吸附动力学量化了材料不同位点对OH-的吸附性能。 【结论】本工作基于镍钴基材料提出了一种简洁的策略，制备表现出NC@CL异质结构。NC@CL的层级花瓣状阵列具有高BET表面积，提供了丰富的活性位点，有利于氧化还原反应的发生。镧对八面体钴位点的部分取代，以及异质结产生的微观应力，导致NC@CL晶体结构发生畸变。这通过微调电子和离子的传输路径和速率，最终提升了NC@CL的电化学反应活性。此外，NC与CL之间的界面相互作用增强了电荷转移，从而提升了NC@CL的能量存储性能。后续工作将围绕镍钴基磷化物正极材料的研究，探索高能量密度水系锌电池。 Ding Zhang,* Ying-jie Hua, Xiao-man Fu, Chun-yu Cheng, De-meng Kong, Mei-ling Zhang, Bing-Xin Lei,* and Zhao-Qing Liu*, Hierarchical Flower Array NiCoOOH@CoLa-LDH Nanosheets for High-Performance Supercapacitor and Alkaline Zn Battery, Adv. Funct. Mater., 2024, https://doi.org/10.1002/adfm.202414686
