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非层状过渡金属碳化物基纳米材料的结构调控、储锂性能及机理
结题报告
批准号:
51671089
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
杨黎春
依托单位:
学科分类:
E0110.金属生物与仿生材料
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
曾美琴、朝洁、程得亮、李香、张凯、阳朔
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中文摘要
非层状过渡金属碳化物具有优秀的离子、电子传导性,是一种具有潜力的储锂材料。但目前关于其作为锂离子电池负极材料的研究还处于初始阶段,在其结构调控、性能优化、储锂/脱锂反应机理等方面缺乏系统、清楚的认识。针对上述问题,本项目拟以有机-无机杂化材料为自模版和前躯体,通过控制自模版的结构和碳化条件,实现对产物金属碳化物晶体结构和纳米组织结构的调控。在此基础上,系统研究结构与界面反应、Li+扩散动力学、电容性等特征的关系及对储锂性能的影响。通过多种移位、原位结构表征技术与电化学测试技术联用,研究非层状过渡金属碳化物的储锂反应和性能衰减机制。通过本项目,将建立较为系统的非层状过渡金属碳化物体系可控合成方法,获得其储锂性能的规律性认识,揭示其储锂机理,并指导进一步优化电极材料结构和提升性能,实现能量密度和功率密度的协调统一。
英文摘要
Non-layered transition metal carbides (NLTMDs) with good ionic conductivity and high electric conductivity are promising Li+ storage materials. However, the research on this material as anode materials for lithium ion batteries has just begun. There lacks systematic knowledge of the structural control, performance optimization and Li+ storage/release mechanisms. In view of such situation, this project plans to use organic-inorganic hybrid materials as self-templates and precursors, through tuning the structures of the self-templates and the carburization conditions, to control the crystalline nature and the microstructures of the resultant NLTMDs. On such basis, the project will systematically study the interface reaction, Li+ diffusion kinetics and capacitive behavior, find out how they relate with the structure and Li+ storage/release performance. The project will further explore the Li+ storage/release mechanisms by combing ex-situ/ in-situ techniques with electroanalytical methods. Through this project, controlled synthesis methodology of the nanostructured NLTMDs will be established, systematic knowledge of their electrochemical performance will be expanded and the Li+ storage/release mechanisms will be revealed. This will be beneficial for the further structure design and performance optimization of the anode materials for the next-generation lithium ion batteries.
过渡金属碳化物中同时含有金属键、离子键以及共价键,因此兼具共价化合物、离子晶体和过渡金属的特性。相比大多数金属氧化物、硫化物半导体,过渡金属碳化物高的电子和离子导电性有利于电化学反应的进行。本项目以非层状碳化物为研究对象,围绕结构调控、储锂性能优化和机理探索开展了系列工作,完成了设定的研究目标,主要包括:(1)实现了对碳化钼基材料晶体结构和纳米组织结构的有效调控。以有机-无机杂化材料为自模版和前驱体,通过改变前驱体中有机分子、焙烧过程的温度和升温速率调节碳化的速率和效率,进而控制产物的形貌、大小、组成成分和晶体结构。(2)掌握了碳化钼的特征电化学行为,明确了复合材料中碳化钼晶粒大小和晶体结构对锂离子存储性能的影响。(3)深化了对碳化钼储锂机理的认识。通过原位XRD监测装置的建立,确定了锂离子在Mo2C晶格中的可逆脱嵌。(4)将碳化钼结构设计思路和实验方法拓展到钼基氧/硫化物、锡基氧/硫化物等电极材料,获得了一系列具有高容量、高倍率、长循环寿命的锂/钠离子电池电极材料和高活性的电解水催化剂。(5)在Angew. Chem. Int. Ed.、Electrochim. Acta、ACS appl. Mater. Interfaces、Energy Environ. Mater. 等国内外SCI杂志上发表标注论文26篇(含ESI高被引论文3篇),申请发明专利5项,获批发明专利2项。(6) 培养博士研究生3人,硕士研究生6人。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
MoS2/cotton-derived carbon fibers with enhanced cyclic performance for sodium-ion batteries
用于钠离子电池的具有增强循环性能的MoS2/棉源碳纤维
DOI:10.1016/j.apsusc.2017.03.259
发表时间:2017
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Li Xiang;Yang Yan;Liu Jiangwen;Ouyang Liuzhang;Liu Jun;Hu Renzong;Yang Lichun;Zhu Min
通讯作者:Zhu Min
Ni/Mo2C nanowires and their carbon-coated composites as efficient catalysts for nitroarenes hydrogenation
Ni/Mo2C纳米线及其碳包覆复合材料作为硝基芳烃加氢的有效催化剂
DOI:10.1016/j.apsusc.2016.10.151
发表时间:2017-02
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Shu Yijin;He Sina;Xie Lifang;Chan Hang Cheong;Yu Xiang;Yang Lichun;Gao Qingsheng
通讯作者:Gao Qingsheng
MoS2 Nanosheets with Conformal Carbon Coating as Stable Anode Materials for Sodium-Ion Batteries
具有保形碳涂层的 MoS2 纳米片作为钠离子电池的稳定阳极材料
DOI:10.1016/j.electacta.2017.09.128
发表时间:2017-11-10
期刊:ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:6.6
作者:Li, Xiang;Li, Junhao;Zhu, Min
通讯作者:Zhu, Min
Nano-spatially confined and interface-controlled lithiation-delithiation in an in situ formed (SnS-SnS2-S)/FLG composite: a route to an ultrafast and cycle-stable anode for lithium-ion batteries
原位形成的 (SnS-SnS2-S)/FLG 复合材料中的纳米空间限制和界面控制的锂化-脱锂:通往锂离子电池超快且循环稳定阳极的途径
DOI:10.1039/c9ta03996a
发表时间:2019-07-07
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Cheng, Deliang;Yang, Lichun;Che, Renchao
通讯作者:Che, Renchao
DOI:10.1002/anie.201914752
发表时间:2020-01-24
期刊:ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
影响因子:16.6
作者:He, Liuqing;Zhang, Wenbiao;Gao, Qingsheng
通讯作者:Gao, Qingsheng
锌离子电池无锌负极固体电解质界面 (SEI) 的原位构建
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    杨黎春
  • 依托单位:
基于原子薄层二硫化钼电极材料的超电容性能及电荷存储机理研究
  • 批准号:
    51402110
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    杨黎春
  • 依托单位:
国内基金
海外基金