武科大網訊 近期，我校省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室、先進材料與納米技術研究院霍開富教授團隊，在先進能源材料和儲能技術方面取得系列重要研究進展，包括：

1. Advanced Energy Materials, 2024, 14, 2303876. (IF: 27.8)

2. Energy Storage Materials, 2024, 103416. (IF: 20.4)

3. Advanced Functional Materials, 2023, 2306115. (IF: 19.0)

4. Advanced Functional Materials, 2023, 13, 2311040. (IF: 19.0)

5. ACS Nano, 2023, 17, 23, 24227-24241. (IF: 17.1)

針對合金型負極材料在循環過程中大體積變化導致的巨大應力問題，該研究團隊在前期三維蟻巢狀多孔硅研究基礎上（Nature Communications, 2019, 10, 1447）,設計和制備出三維微納分級結構多孔鍺（p-Ge）。該材料是微納分級結構，具有大的容量、短的鋰離子擴散路徑和緩解體積膨脹的優點。通過原位/半原位實驗表征手段和理論計算，揭示了微納分級多孔鍺的存鋰機制和應力分散行為。

這項工作為設計高性能、低體積膨脹的合金負極提供了新的見解。該研究成果發表在能源領域國際頂級期刊Advanced Energy Materials（IF：27.8）上。博士生郭思廣為論文第一作者，霍開富教授和高標教授為通訊作者。

圖1. 微納分級多孔Ge電化學儲鋰優勢和服役機制圖

針對多孔硅表面離子傳導率低以及界面不穩定等的問題，該研究團隊在多孔硅表面設計MgSiN₂功能層，充放電過程中在多孔硅表面原位構筑高離子電導率Li₃N和Li-Mg合金復合界面，增強多孔硅界面離子傳導率和結構穩定性，提升其電化學儲鋰性能。通過原位/半原位實驗表征手段，揭示了MgSiN₂功能層電化學轉化機制。

這項工作為硅基負極材料的界面設計提供了新途徑。相關研究成果發表在能源和材料科學領域國際頂級期刊Energy Storage Materials（IF: 20.4）上。博士生項奔和青年教師劉宇博士為論文第一作者，霍開富教授和高標教授為通訊作者。

圖2. pMSi@MgSiN₂合成與服役機制圖及儲鋰性能

針對鋰硫電池中多硫化物穿梭和反應動力學緩慢等問題，該研究團隊設計了一種新型三維分級的莫特-肖特基電催化劑，利用碳的多重空間限域效應抑制LiPS穿梭，莫特-肖特基電催化劑及自發的電荷重構促進反應動力學。

該成果發表在國際頂級期刊Advanced Functional Materials（IF: 19.0）上。博士生羅榮杰為論文第一作者，霍開富教授和鄭洋教授為通訊作者。

圖3. 莫特-肖特基電催化劑增強硫電化學轉化機制圖

MoN和MoC是具有代表性的金屬氮化物和碳化物，然而，二維平面內MoC/MoN異質結的可控制備和贗電容存儲性能目前尚未見報道。該研究團隊發展了熔鹽輔助合成方法，可控制備出二維MoC/MoN納米片，并通過原位紅外、拉曼光譜、石英微晶天平研究了MoC/MoN電容性能，揭示MoC/MoN的贗電容來自氫離子與Mo-N的嵌入和脫出，為開發高性能過渡金屬氮化物電極材料提供理論指導。

該研究成果發表在國際頂級期刊Advanced Functional Materials（IF: 19.0）。碩士生王成為第一作者，霍開富教授為通訊作者。

圖4. 二維MoC/MoN面內異質結與界面作用示意圖及相應體積容量

針對商用碳酸酯基電解液與高活性鋰負極和高壓正極兼容性差，導致電池失效，甚至引發安全事故的問題，該研究團隊提出了DME和LiNO₃雙添加劑調控溶劑化結構的策略，在正負極表面形成穩定的電極-電解質界面，有效抑制電化學過程中電極與電解液之間的副反應。

該研究成果發表在國際頂級期刊ACS Nano（IF: 17.1）上。博士生郭齊飛為第一作者，霍開富教授和鄭洋教授為通訊作者。

圖5. 安全、高壓電解液雙向調控正負極界面示意圖

上述系列成果，我校省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室均為論文第一單位。相關論文鏈接如下：

1. https://doi.org/10.1002/aenm.202303876

2. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103416

3. https://doi.org/10.1002/adfm.202306115

4. https://doi.org/10.1002/adfm.202311040

5. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09643

（先進材料與納米技術研究院）