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[材料资讯] 赵东元课题组《德国应用化学》:具有精确化学计量比的有序介孔多金属氧化物合成

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发表于 2019-12-2 07:00:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

作为一种典型的具有精确化学计量比的多金属氧化物,Li4Ti5O12因其优异的安全性和循环稳定性,被认为是极具潜力的下一代锂离子电池负极材料。但是,Li4Ti5O12材料本身低的电子电导率和锂离子传导系数,限制了其在高倍率锂离子电池中的应用。具有结晶骨架的介孔材料可以有效促进其骨架内外离子和电子的传输速率,进而极大的提升材料的倍率性能,被认为是极具效果的电极材料改性策略之一。然而截止到目前,制备具有晶化骨架的有序介孔Li4Ti5O12材料仍是巨大的挑战。这主要是由于金属前驱体与模板剂自组装过程和后续结晶过程不可控所致。

分子设计

分子设计

      针对以上问题,赵东元教授研究团队开发出了一种通用的分子设计策略并成功制备出了Ti3+离子掺杂的有序介孔Li4Ti5O12纳米晶框架(OM-Ti3+-Li4Ti5O12)。其合成示意图如图1所示。该策略的亮点是Ti4+/Li+-柠檬酸螯合物(TLCC)被首先设计合成为一种新型的分子前驱体。在该分子前驱体中,柠檬酸的羧基可以螯合精准化学计量比的Ti4+和Li+。两种金属离子几乎原子级别的分散在该分子前驱体中,该特点有利于在较低温度下生成Li4Ti5O12晶相。此外,该分子前驱体中富含的羟基可以保证其与模板剂(F127)的良好协同共组装,为有序介观结构的制备奠定了基础。最后,分子前驱体中的柠檬酸根在焙烧过程中,一方面可以形成原位碳骨架,进而限制Li4Ti5O12纳米晶的生长,另一方面可以原位还原Ti4+至Ti3+。该特点即保证了高温条件下有序介孔结构的维持,也为该材料用于高性能锂电负极奠定了基础。该分子设计策略还可用于其他有序介孔多金属氧化物的扩展合成。

       该论文的第一作者为王常耀博士,复旦大学的赵东元教授、李伟副教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了复旦大学化学系、先进材料实验室、上海市科学技术委员会重点基础研究项目、国家自然科学基金等的大力支持。

       全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201907748


       赵东元,复旦大学教授,1963 年出生于沈阳市。1980年考入吉林大学化学系,1984年获得理学学士学位,1987年获吉林大学化学系理学硕士学位。1990年获吉林大学和大连化学物理研究所物理化学专业理学博士学位。1993 ~ 1994年在以色列魏兹曼科学院化学物理系做博士后。1995 ~ 1996年在美国休斯顿大学化学系做博士后。1996 ~ 1998年在美国加州大学圣芭芭拉分校材料系和化学系做博士后。1998年12月复旦大学教授;2000年入选教育部长江“特聘教授”,2007年被增选为中科院院士。2010年被增选为第三世界科学院(TWAS)院士。

        李伟,博士,复旦大学副教授,师从赵东元院士,主要从事介孔材料的相关研究工作,在介孔材料的制备、结构和功能调控以及应用方面积累了大量的研究经验,特别是在核壳结构介孔氧化钛材料的设计合成、功能组装、结构调控、表界面性质剪裁及光电化学应用等方面取得了不少研究成果。近年来,他在SCI收录期刊上发表相关研究论文106篇,其中第一作者或通讯作者论文42篇,申请中国发明专利3项,授权1项,现担任中国化学快报青年编委。


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