材料學(xué)院景盼盼博士在快充電池負(fù)極與光催化材料領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展

近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院電子信息功能材料與器件創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)景盼盼博士（副教授）以第一作者身份在國(guó)際材料領(lǐng)域TOP期刊《Nano Energy》（IF=19.069）和《Applied Materials Today》（IF=8.663）上分別發(fā)表題為“Engineering the architecture and oxygen deficiency of T-Nb₂O₅-carbon-graphene composite for high-rate lithium-ion batteries”和“2D Z-scheme heterojunction and oxygen deficiency synergistically boosting the photocatalytic activity of a layered BaTiO₃/BiOIO₃composite”的研究論文，在揭示晶格氧空位提升快充鋰離子電池負(fù)極材料儲(chǔ)鋰性能和光催化降解有機(jī)污染物活性的相關(guān)機(jī)理方面取得重要進(jìn)展，可為后續(xù)氧空位的研究提供借鑒。

據(jù)悉，晶格氧空位因?qū)o(wú)機(jī)功能材料的光、電、力和熱等各個(gè)物理化學(xué)特性的調(diào)控均具有重要的作用，引起材料研究領(lǐng)域廣大學(xué)者們的重點(diǎn)關(guān)注，其中，如何精準(zhǔn)的引入和檢測(cè)晶格氧空位，并借助第一性原理計(jì)算揭示氧空位與材料性能之間的構(gòu)-效關(guān)系一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

T-Nb₂O₅-Carbon-Graphene負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰性能

晶格氧空位對(duì)T-Nb₂O₅的態(tài)密度、鋰離子吸附能和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)影響的理論研究

電動(dòng)汽車（EV）的快速發(fā)展是當(dāng)下地面交通運(yùn)輸領(lǐng)域變革的最顯著標(biāo)志。然而，人們?cè)谌胧蛛妱?dòng)汽車時(shí)，優(yōu)先考慮的是其“續(xù)航里程”“充電效率”和“功率輸出”，而作為電動(dòng)汽車的“心臟”，鋰離子電池的性能無(wú)疑是影響電動(dòng)汽車上述特性的最重要因素之一。為此，景盼盼博士等人基于晶格氧空位和2D層狀結(jié)構(gòu)，開發(fā)了具有超高倍率特性（a capacity of 114 mAh/g obtained at 100 C or 20 A/g）和超長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（a capacity of 147 mAh/g obtained at 5C for 1,500 cycles and 107 mAh/g obtained at 50 C for 5,000 cycles）的T-Nb₂O₅-Carbon-Graphene鋰離子電池負(fù)極材料，并揭示了T-Nb₂O₅的晶格氧空位能夠有效提升整個(gè)復(fù)合材料的電子電導(dǎo)和鋰離子的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)特性。此研究工作是景盼盼博士在美國(guó)佐治亞理工學(xué)院留學(xué)期間與Prof. Meilin Liu（Hightower Endowed Chair and Regents' Professor，H-index：135）和Dr. Bote Zhao（現(xiàn)為華南理工大學(xué)教授）共同合作完成。

BaTiO₃/BiOIO₃層狀復(fù)合材料光催化降解四環(huán)素的性能評(píng)價(jià)

BiOIO₃中的晶格氧空位與界面IO₃^-/I^-氧化還原對(duì)和能帶結(jié)構(gòu)之間的理論研究

半導(dǎo)體光催化氧化還原技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)清理環(huán)境污水中有機(jī)污染物最“綠色”和可操作性的手段之一，其中，技術(shù)核心是光催化材料。在眾多影響材料催化性能的因素中，太陽(yáng)能的利用率和光生載流子的量子產(chǎn)率最為關(guān)鍵。為此，景盼盼博士等人以BaTiO₃為基體，基于界面晶格氧空位和Z-型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，開發(fā)了具有超高光催化降解抗生素（Tetracycline）活性的BaTiO₃/BiOIO₃層狀復(fù)合材料，通過(guò)DFT計(jì)算，建立了晶格氧空位與界面IO₃^-/I^-氧化還原對(duì)和能帶結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系：BiOIO₃側(cè)的晶格氧空位不僅將其導(dǎo)帶下移，增強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)光的吸收，而且有助于界面處IO₃^-/I^-氧化還原對(duì)的形成，提升光生載流子的Z型分離效率，進(jìn)而提升復(fù)合材料的光催化活性。本研究工作主要由景盼盼博士和其碩士研究生何晨譜（將于2022年秋季入學(xué)蘭州大學(xué)化工學(xué)院攻讀博士學(xué)位）共同完成。理論計(jì)算由臺(tái)灣師范大學(xué)的Prof. Jenghan Wang與其研究生完成。（陜西科技大學(xué)為第一通訊單位，臺(tái)灣師范大學(xué)為第二通訊單位）

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521006534；

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940722002086?ref=cra_js_challenge&fr=RR-1

（核稿：王卓 編輯：劉倩）