中國石油大學（華東）在超級電容器材料缺陷調控研究取得新進展

近日，中國石油大學（華東）催化材料團隊與澳大利亞昆士蘭大學合作，在超級電容器法拉第電容材料缺陷調控方面取得新進展，相關研究論文《嵌鋰誘導四氧化三鈷缺陷調控實現高法拉第反應活性和優異超級電容器性能》（Lithiation-Induced Vacancy Engineering of Co3O4with Improved Faradic Reactivity for High-Performance Supercapacitor）在國際材料領域權威期刊Advanced Functional Materials上發表。博士後張譽為論文第一作者，閻子峰教授和澳大利亞昆士蘭大學王連洲教授為共同通訊作者，中國石油大學（華東）為第一署名單位，該項研究成果得到國家重點研發計劃、山東省重點研發計劃和國家留學基金委資助。

隨著當今社會對可移動電子通訊設備以及電動汽車的需求不斷擴大，極大刺激了新型儲能設備的發展。新型的混合超級電容器，相對於傳統的電化學雙層電容器具有更高的能量密度，與鋰離子電池相比具有更高的功率密度，為開發下一代高效儲能設備提供了廣闊的應用前景。儲量充足的過渡金屬氧化物，包括錳、鐵、鈷、鎳的氧化物材料，具備豐富的電化學反應活性位點，是新型的混合超級電容器中電池型電極材料的理想選擇。然而，導電性差和動力學反應緩慢是制約其儲能性能的主要瓶頸。最新研究表明，氧缺陷調控是優化材料的電子結構、改善活性位點數量以提高電化學性能的高效手段。但是，常見的化學還原、高溫煅燒、等離子刻蝕等策略存在高能耗和可控性低等問題。目前，對過渡金屬氧化物材料進行可控且高效的缺陷調控，以進一步開發其儲能性能進而實現市場化的開發利用，仍然非常具有挑戰性。

針對上述問題，該研究成果首次提出利用電化學嵌鋰引導鋰嵌入四氧化三鈷晶格，削弱了鈷-氧鍵的配位，誘導形成大量氧缺陷。首先，嵌鋰導致載流子濃度顯著增加，使得材料本徵電導率明顯提高；其次，表面氧缺陷的鈷位點對於氫氧根離子的吸附能顯著降低，促進了充放電反應過程中鈷的氧化還原反應，進而大大提高表面的反應活性；最後，氧缺陷可以作為電化學活性位點參與儲能，進一步突破了過渡金屬氧化物材料電荷儲存容量以達到優異的儲能性能。同時，該方法解決了當今報導的氧缺陷調控策略存在的高能耗和可控性低等技術難題，該研究成果在電化學能源轉化與儲存、電解水和光催化等領域有著廣闊的應用前景。

審稿專家對該成果給予高度評價，一致認為研究成果有突出的創新性和應用前景，對於實現過渡金屬氧化物材料的缺陷調控具有指導性的意義。

由閻子峰教授領銜的催化材料團隊主要從事催化材料、儲能材料等方向的研究。團隊通過催化新材料、催化劑的結構設計、合成、製備新方法和功能化的應用基礎研究，豐富催化材料、催化劑的製備與設計手段，深化對催化在能源、化工關鍵作用的認識，解決催化新材料、催化劑設計與製備科學中的基本物理化學問題和技術瓶頸，為催化材料和催化劑在煉油、化工及新能源技術等的應用提供理論依據和技術基礎。近五年來，團隊承擔了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、山東省自然科學傑出青年基金、山東省自然科學重大基礎研究項目、山東省泰山學者青年專家計劃等項目，在Energy & Environmental Science、Advanced Functinoal Materials等國內外權威期刊發表論文30餘篇，參與申報的研究成果獲山東省自然科學獎一等獎、教育部自然科學獎二等獎等獎勵。

來源：中國石油大學（華東）

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202004172