气溶胶喷雾辅助合成复杂介孔金属氧化物电极材料及其性能研究

Complex metal oxides like La0.5Sr0.5CoO3-δ(LSCO) possess important applications in the field of electrochemical energy storage and transformation, for example, rechargeable metal-air battery, electrochemical water splitting, Li ion battery and so forth. However, their preparation is still a challenge, especially for precisely controlling their stoichiometry. In this proposal, we will further study the aerosol spray assissted approach for accessing mesoporous complex metal oxides electrode materials and their properties modification based on our previous findings. We propose to develop this approached as a ripe and versatile methodology to prepare, modify and produce complex metal oxides for electrochemical energy devices. Meanwhile, we will do some fundametal study on the correlation of composition-electrostructure-property of complex metal oxides by the proposed approach due to its facile and accurate control of composition stoichiometry. Lastly, we will made corresponding electrochemical devices using the obtained complex metal oxides, evaluate their performace and idetify the excellent materials. Therefore, this proposal is very important in both of the theoretical research and pratical applications.

La0.5Sr0.5CoO3-δ（LSCO）等复杂金属氧化物在金属-空气电池、电化学分解水以及锂离子电池等电化学能源储存和转化领域具有重要应用价值。但是其制备困难，各组分的化学计量比的准确控制更加困难。本项目旨在前期研究基础上进一步研究和发展气溶胶喷雾辅助合成方法在复杂介孔金属氧化物电极材料的制备和性能调控中的应用，希望将其发展成为一种普适和成熟的复杂介孔金属氧化物电极材料制备、改性和生产的方法体系。同时，充分利用该方法对产物组分控制的简易性和准确性开展复杂金属氧化物电化学性质的基础研究，获得组分-电子结构-性质之间关系的认识。此外，将所得电极材料加工成相应的电化学器件进行性能研究，筛选出一些性能优异的电极材料。因此，本项目的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

在本项目的资助下，课题组成员在前期科学研究的基础上进一步系统研究和发展了气溶胶喷雾辅助策略在复杂介孔金属氧化物等电极材料和新能源材料方面的制备和性能调控。利用气溶胶喷雾辅助合成方法的简单易行性和成分准确性，成功制得具有丰富介孔和空心结构的球形功能材料。随着对性能的进一步研究，掌握了材料结构对性能影响的微观机制，对指导气溶胶喷雾辅助合成制备方法制备不同材料、多种结构及后续应用方面具有重要的理论意义和实际应用价值。相关研究取得了一系列优秀的研究成果，现已较为圆满的完成了项目计划任务，发表SCI期刊源论文19篇，公开发明专利5项，授权专利7项。课题组成员运用气溶胶喷雾辅助合成制备方法先后制备出一系列优异性能的材料。如合成出产量大且具有优异ORR和OER性能的双功能尖晶石型介孔MnCo2O4催化材料，研究结果表明，其优异性能可与目前报道双功能性最好的N、P掺杂的石墨烯相媲美，相关研究发表Angew. Chem. Int. Ed.（2017, 56, 14977-14981）。课题组成员运用该制备方法又先后成功制备了贵金属纳米粒子/金属氧化物负载型催化剂（Au/CeO2、Pd/Al2O3等）、可与Pt/C电极相媲美的廉价多孔氧化锰催化剂、介孔钙钛矿型LaMnO3+δ、介孔球形Li4Ti5O12/TiO2锂离子电池复合阳极材料和多孔Co3O4微球等材料，材料特殊的结构对其性能的提升起到了显著的作用。研究表明该制备方法有望成为一种复杂介孔球形材料普适、成熟的生产方法，所获得的材料在催化、传感器、疾病探测与治疗、生物医学及新能源应用等方面都有着较大的应用潜能。