金属硫族化合物能源材料的设计合成、改性及电化学性能研究

The development of energy storage industry is one of the important measures to solve the energy crisis, the lithium-ion battery is the most representative part in the chemical energy storage system, the development of lithium-ion battery is seriously restricted because of insufficient and the enhanced mining cost of lithium resources. Therefore, it is of great significance to study the sodium-ion battery as one of the first choice for the lithium-ion battery, so the development and application of the anode material is very important for the sodium-ion battery. This project intends to use metal chalcogenides as the research object, we intend to design the structure of nanomaterials from the atomic and molecular levels by means of chemical tailoring technique, and obtain new route to prepare the metal chalcogenide and composite nanomaterials. Deeply explore the controllable synthesis, morphology control and the modification of the nanomaterials influence on the electrochemical properties of sodium storage, study on the mechanism of anode materials of sodium ion charge discharge cycle process. By finding the relationship of microstructure and property and obtaining general law of the structure control of metal chalcogenides, this project will provide scientific basis and technical support for their wide application in sodium-ions in the battery field.

储能产业的发展是当前解决能源危机的重要举措之一，而化学储能系统中最具代表性的锂离子电池由于锂资源的匮乏及开采成本大幅提升等潜在问题严重制约其发展。因此，作为代替锂离子电池首选之一的钠离子电池的研究意义重大，而储钠负极材料的研发与应用技术的发展对钠离子电池十分关键。本项目拟以金属硫族化合物为研究对象，通过低温化学手段，从原子分子水平上进行材料的结构设计，获得金属硫族化合物/复合纳米材料的优化条件与可控制备新方法，深入探索材料的可控制备、形貌调控和材料改性等优化手段对电极材料的储钠电化学性能影响规律，系统研究负极材料钠离子充放电循环过程机理，发现微结构与性能间的构效关系及其演变规律，为金属硫族化合物及其复合材料在钠离子在电池领域的应用提供科学依据和技术支撑。

本项目的研究工作一直专注于化学储能的金属硫族化合物纳米材料的可控制备与电化学性能研究。在液相反应体系中设计开发了新型高性能金属硫族化合物纳米电极材料，研究了纳米材料的形成过程及生长规律，调控金属硫族化合物纳米材料的形貌、组分、晶体结构，深入分析阳离子空位、金属掺杂等对材料电子结构的影响，利用缺陷工程和原子组成调整的协同调控策略提升材料导电性能与储能反应动力学。研究了金属硫族化合物纳米材料的改性对材料导电性与离子传输效率的影响，分析新型复合纳米材料的微结构与电化学特性间的构-效关系，分析材料改性对电池循环稳定性、倍率性能的影响，优化新型材料的电化学性能，获取电池充放电过程一系列电化学参数，结合DFT计算及原位测试等手段探讨材料复杂的充放电循环过程机理，为金属硫族化合物及其复合材料在化学储能电池领域的应用提供重要的理论和科学依据。将金属硫族化合物缺陷工程思想应用到光催化CO2还原体系中，获得高效金属硫族化合物纳米光催化剂，通过缺陷的引入，提升光量子吸收效率、加速载流子分离与迁移速率、表面活化二氧化碳分子，提升光催化还原二氧化碳效率，为提升和理解光催化机理提供了新思路。此外，设计制备几种具有不同结构的Co基多孔纳米材料，研究了Co与多孔结构相互作用及其电化学性能，为深入分析Co基多孔纳米材料的性能调控规律提供实验基础。.项目负责人参与，吉林大学作为第一通讯单位，共发表标注本项目SCI论文16篇，作为第二通讯单位发表标注本项目SCI论文1篇，影响因子5以上论文10篇，其中包括ACS Appl. Mater Interfaces, J. Energy. Chem., Electrochim. Acta等，获得授权发明专利3项。