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中南大学材料学院梁叔全

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taohua89

发布时间: 2017-3-30 12:00

正文摘要:

梁叔全，二级教授，中南大学材料科学与工程学院院长，在国家自然科学基金计划、863计划、973计划等支持资助下，从事材料的合成、结构分析与性能研究。相关研究成果发表高水平论文100余篇，其中包括国际著名权威学术 ...

jianeite 发表于 2021-5-27 16:33:47

钠离子电池因其资源丰富、成本低廉、安全性高等优点得到广泛的研究和开发。转化型和合金型硫族化合物具有较好的氧化还原可逆性和较高的理论比容量，是极具潜力的钠离子电池负极材料之一。但由于其在充放电过程中剧烈的体积膨胀和缓慢的离子扩散动力学，从而导致不可逆的电极破坏和性能衰退。为了克服这些问题，最大限度地发挥硫族化合物的储能优势，构筑多相结构被认为是一种非常有效和可控的方法。
与单相材料不同，多相材料的相界面处存在内置电场和晶格失配，这种电场可以促进离子和电子的输运，促进快速反应动力学，晶格失配导致在相界面处形成大量的不饱和悬空键，其较高的热力学不稳定性能促进离子的吸附，从而提高比容量及赝电容效应。此外，通过各种多相构建，还可以实现副反应的抑制、导电网络的连接等多种功能。

   鉴于多相硫族化合物负极材料的重要性以及相关领域的分析和展望，中南大学梁叔全教授、方国赵教授和湖南工程学院秦牡兰博士（通讯作者）等对多相硫族化合物的协同效应进行了总结，主要集中在电子结构和晶体结构的调节方面。首先总结了硫族化合物作为钠离子电池负极材料的特点、面临的问题和优化策略。然后针对上述问题，总结分析了不同类型多相结构（包括均相复合、分级复相和表面包覆）的协同效应，并阐述了性能提升的机理。最后，针对该领域的不足，提出了进一步发展方向和建议，为新型硫族负极材料的开发提供科学的指导。论文第一作者为刘哲轩博士。
   随着SIBs的逐步成熟，它将在未来的储能领域发挥不可替代的作用。为了促进高性能硫族化合物负极材料的开发和应用，多相结构引起的协同效应应引起重视。一方面，金属和硫族元素的不同种类和比例的组合，会产生不同的电子结构及协同效应，进而实现电子导电率和离子扩散系数的调控。另一方面，从晶格结构来看，相畴尺寸、核壳包覆层等宏观形貌特征主要集中在提高电化学稳定性上，包括缓冲体积的改变和副反应的抑制。相界面处晶格失配等微观特征主要用于提供内建电场和不饱和键，激发电化学活性。
   然而，由于缺乏系统的研究，包括元素之间的相互作用、相界面处的离子行为、相变过程中界面键的变化等，导致目前复相材料的设计具有一定的随机性。因此有必要从以下几个角度来探讨这种协同效应的构效关系，以实现未来进一步发展的科学指导和理性设计：1)探索和发展新型多相材料和反应机理；2) 深入了解阳离子、阴离子种类和比例与材料性能之间的相互作用及其机理；3) 通过机器学习探索复相-协同效应-性能之间的关系。

   Perspective on the synergistic effect of chalcogenide multiphases in sodium-ion batteries
   Zhexuan Liu, Mulan Qin, Shan Guo, Canpeng Li, Qiong Su, Xinxin Cao, Guozhao Fang and Shuquan Liang
   Mater. Chem. Front., 2021,5, 1694-1715
   https://doi.org/10.1039/D0QM01012J

huoshan 发表于 2019-6-25 17:22:48

2018自然科学基金面上项目-聚阴离子型高性能钠离子电池正极材料结构调控与电化学机理研究
批准号 51872334 学科分类 ( E021002 )
负责人梁叔全职称单位名称中南大学
资助金额 60万元项目类别面上项目起止年月 2019年01月01日至 2022年12月31日

heidong 发表于 2019-4-11 09:04:51

中南大学梁叔全教授团队报道了一种由纳米片组装的Na3V2(PO4)3/C分级微米球的水热法可控制备技术。研究了水热反应时间和前驱体溶液浓度对Na3V2(PO4)3产物微/纳米结构的影响，并提出了其形貌演变的机制。这种新型的微/纳米结构不仅提供了双连续的电子/离子通道和较大的电极电解液接触面积，而且与纳米材料相比，它具有更高的振实密度。同时，坚固的结构稳定性减轻了离子反复嵌入/脱出过程的体积应变。结果表明，NVP/C-MSs在钠离子半电池和全电池中均具有优异的电化学性能。例如，半电池中，在0.5 C的倍率下可以获得116.3 mA h g-1 的比容量，在100 C的倍率下可以获得99.3 mA h g-1的比容量和良好的循环稳定性，在20 C的倍率下可以循环10000圈。此外，制备的NVP-/C-MSs ‖ SnS/C钠离子全电池拥有223 W h kg-1的能量密度和较长的循环稳定性。相关成果以“Nanoflake-Constructed Porous Na3V2(PO4)3/C Hierarchical Microspheres as a Bicontinuous Cathode for Sodium-Ion Batteries Applications”为题发表于国际著名期刊Nano Energy上。曹鑫鑫博士为论文的第一作者，潘安强教授、周江特聘教授、梁叔全教授为论文共同通讯作者。该工作受国家自然科学基金（51872334）的支持。

该研究团队通过水热反应法制备了一系列由纳米片组装的Na3V2(PO4)3/C分级微米球。Na3V2(PO4)3/C纳米晶被氮掺杂碳紧密包覆。作为钠离子电池正极材料，Na3V2(PO4)3/C多孔微米球表现出优异的倍率性能和循环稳定性，在100 C倍率时可释放99.3 mA h g-1的比放容量，在20 C倍率下经过10000次长循环后容量保持79.1%。采用Na3V2(PO4)3/C为正极、SnS/C纤维为负极的钠离子全电池能量密度可达223 W h kg-1。独特的微纳结构设计和氮掺杂碳包覆有效构筑了双连续的电子和离子扩散通道，增加了电极和电解液的接触面积同时增强了结构稳定性，进而造就了Na3V2(PO4)3/C多孔微米球优异的电化学性能。

文献链接：Nanoflake-constructed porous Na3V2(PO4)3/C hierarchical microspheres as a bicontinuous cathode for sodium-ion batteries applications. Nano Energy, 2019, 60: 312-323. https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2211285519302617

wowotou 发表于 2018-9-25 08:56:32

中南大学Adv. Sci.：交联石墨烯中的笼状Na3V2(PO4)2F3微立方块实现超快钠存储和长周期循环

钠离子电池被视为锂离子电池的未来替代品。然而，现有的钠离子电池面临着能量/功率密度低、循环性能不佳等严峻挑战。近日，中南大学的梁叔全教授通过水热与冷冻干燥相结合的方法制备出了交联的石墨烯笼状Na3V2(PO4)2F3 微立方块（NVPF@rGO）。NVPF@rGO作为钠离子电池的正极材料展现出了优异的循环稳定性和倍率性能以及良好的温度适应性。作者研究了在钠离子重复嵌入脱出过程中材料的结构演变和钠离子扩散动力学。将NVPF@rGO于N-掺杂的碳负极匹配组装的全电池在10 C的电流密度下循环400周后容量保持率高达95.1%，在192 W/Kg的功率密度下的能量密度高达291 Wh/Kg。这种微纳尺度的结构设计策略和对离子扩散动力学的深入理解可以拓展至其他材料用于提高储能器件的性能。

CaiY, Cao X, et al. Caging Na3V2(PO4)2F3 Microcubesin Cross‐Linked Graphene Enabling Ultrafast Sodium Storage and Long‐Term Cycling[J]. Advanced Science, 2018.

DOI: 10.1002/advs.201800680

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/advs.201800680?af=R

lianpihou 发表于 2018-9-19 09:14:24

中南大学梁叔全、周江ACS Energy Letters综述：水系锌离子电池最新进展虽然目前高能量密度的锂离子电池占据了大部分商用充电电池市场，但是几个关键因素，如锂资源匮乏、制作成本高、有机电解液不安全等，限制了它们的进一步发展，特别是在大规模储能系统的应用。可充电水系锌离子电池（ZIBs）具有成本低、运行安全性高、环境友好等优点，在大规模储能系统的应用上具备明显的潜力。目前，已经报道了许多有意义的关于水系ZIBs的工作，包括金属锌负极，电解液，正极材料（如：锰基氧化物，普鲁士蓝衍生物，钒基氧化物，聚阴离子化合物，Chevrel相化合物，有机正极材料等）。但是，水系ZIBs的发展仍然存在巨大的挑战。因此，我们对水系ZIBs进行了全面的概述，着重介绍了水系ZIBs的最新进展、挑战和未来展望，希望能助力水系ZIBs的快速发展。

近日，中南大学梁叔全、周江等人在ACS Energy Letters 上发表了题为“Recent Advances in Aqueous Zinc-Ion Batteries”的综述文章。该文章综述了水系ZIBs的最新进展：首先，作者对水系ZIBs的储能机理进行了系统的分析和总结；其次，对各种正极材料、锌负极和电解液的优点和存在的问题以及优化策略进行了讨论；最后，针对目前水系ZIBs存在的问题，作者在未来的研究方向方面为今后的水系ZIBs研究提供指导。方国赵博士为论文的第一作者；周江特聘教授、梁叔全教授为论文的共同通讯。

xuehuijujue 发表于 2018-9-5 08:19:51

近日，国际能源领域系列顶级期刊陆续在线发表中南大学材料科学与工程学院梁叔全教授团队在水系锌离子电池和钠离子电池领域的最新研究成果。

2016级硕士研究生杨永强、唐艳副教授、周江特聘教授、梁叔全教授等通过一步水热法实现了锂离子（Li+）在含水五氧化二钒（V2O5?nH2O）结构的层间嵌入，并通过焙烧过程提高其结晶性，进而成功制备出一种用于水系锌离子电池的金属Li+掺杂与结构水保留的棉花状LixV2O5·nH2O，有效解决了传统V2O5材料作为水系锌离子电池正极在充放电过程中离子扩散缓慢、材料结构不稳定等瓶颈问题。该材料与锌负极匹配成的全电池具备了较高的循环容量与倍率稳定性。该研究成果近日在影响因子超过30的英国皇家学会旗舰期刊Energy Environ. Sci., （2018, DOI: 10.1039/C8EE01651H）（IF=30.067）在线发表。

2017级硕士研究生郭寻、周江特聘教授、梁叔全教授等，设计了一系列钒酸钠纳米材料（Na5V12O32，HNaV6O16·4H2O和Na0.76V6O15）用作水系锌离子电池正极材料，并深入研究了锌离子在两种典型结构中的能量储存机理。新结构具有更为高效的Zn2+扩散路径而表现出更高的离子扩散系数，表现出更高的比容量，在4 A g-1的电流密度下能循环高达2000圈。相关研究成果近日在影响因子为21.785的国际能源期刊Adv. Energy Mater.,（2018, DOI: 10.1002/aenm.201801819）（IF=21.785）在线发表。

2017级硕士研究生唐博雅、周江特聘教授、梁叔全教授等，合成了系列钒酸钾纳米材料（K2V8O21，K0.25V2O5，K2V6O16·1.57H2O和KV3O8）作为水系锌离子电池正极。通过深入研究发现，具有隧道结构的K2V8O21和K0.25V2O5有助于锌离子扩散，并且可以在循环过程中保持稳定结构。其中，K2V8O21具有最佳的储锌性能，在6 A g-1的高电流密度下稳定循环300圈，展现了优异的循环稳定性和倍率性能，具有较大的应用前景。相关研究成果近日在影响因子为13.12的国际能源期刊Nano Energy（2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.07.014）（IF=13.12）在线发表。

本科生单路通、周江特聘教授、梁叔全教授等，通过水热法成功合成的Ag0.4V2O5材料首次应用于水系锌离子电池正极。他们发现Ag0.4V2O5在充放电过程中会经历取代/嵌入共反应（Combination Displacement/Intercalation），放电过程中有新相钒酸锌与单质银生成，有利于提升电化学性能与导电性。以Ag0.4V2O5为正极的水系锌离子电池在10 A g-1的高电流密度下能够稳定循环2000圈，展现了优越的电化学性能。相关研究成果近日在影响因子约13的的国际能源期刊Energy Storage Mater.（2018, DOI: 10.1016/j.ensm.2018.08.008）（IF≈13.31）在线发表。

拔尖博士校长奖学金获得者蔡阳声、周江特聘教授、梁叔全教授等，在钠离子电池的攻关中，通过水热法和冷冻干燥技术将规则的NVPF微米立方体嵌入在三维石墨烯（rGO）网络形成NVPF@rGO复合材料，在20 C的倍率电流下可长循环达2000圈，在随后的全电池测试中也展现出优异的电化学性能。研究小组提出：三维石墨烯网络可以提供连续的电子和离子传输通道，并缓解Na+嵌入和脱出过程中产生的应力和体积变化，有助于提高材料的倍率性能和循环稳定性的新机制。相关研究成果近日在影响因子为12.441的国际顶级期刊Adv. Sci., （2018, DOI: 10.1002/advs.201800680）(IF=12.441)在线发表。

据初步统计，近年来，梁叔全教授团队先后发表SCI一区文章100余篇，高影响顶级期刊和ESI高被引论文近30篇，其中IF＞30的2篇；IF＞20的5篇，IF＞10的18篇。

lanyu 发表于 2018-9-4 08:42:12

中南大学周江&梁叔全EES：Li+插入V2O5•nH2O作为ZIBs正极

水性锌离子电池（ZIBs）由于其成本低廉和环境友好，在大规模储能系统中显示出显著的潜力。中南大学周江&梁叔全课题组将Li+化学嵌入V2O5•nH2O夹层中，即LixV2O5•nH2O（LVO），进一步扩大层间距和提高Zn2+扩散。在2M ZnSO4电解质中，棉状LVO-250正极材料具有高倍率和优异的循环性能（在10 A g-1下1000次循环后有192 mA h g-1）。

Yang Y, Tang Y, Fang G, et al. Li+ ions intercalated V2O5•nH2O with enlarged layered spacing and fast ions diffusion as aqueous zinc ion battery cathode[J]. Energy & Environmental Science, 2018.

DOI: 10.1039/C8EE01651H

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c8ee01651h#!divAbstract

lianmian926 发表于 2018-7-14 13:23:32

中南大学Nano Energy：具有稳定结构和快速离子扩散通道的钒酸钾作为可充电水系锌离子电池的正极

水系锌离子电池（ZIBs）具有低成本、安全、环境友好等特点。目前研究的水系Zn/MnO2电池，虽然容量可达200 mA h g-1以上，但循环性能需要进一步改善。另一种具有开放式结构的水系ZIBs正极材料——普鲁士蓝类似物也表现出容量低、倍率性能较差的特点，不能满足大规模储能的需要。研究表明，具有稳定结构的纳米金属钒酸盐（AxVmOn，A=金属阳离子）可以应用于水系和非水系锂离子/钠离子电池。其纳米结构可以缩短离子的扩散路径，增加电解质和活性物质之间的接触面积。这些优势使其在水系ZIBs正极材料领域十分具有前景。K+的半径(0.138 nm)大于Li+ (0.076 nm)、Na+ (0.102 nm)的半径，其在钒氧层间可以起到更强的支撑作用，从而可以提高材料的结构稳定性。相比于其他钒基材料，钾离子插层的钒氧化物可以为Zn2+(0.074 nm)的可逆嵌入/脱出提供了较大的空间，因此在水系ZIBs正极材料领域具有很大的潜力。

近日，中南大学梁叔全教授和周江特聘教授等人首次报道了一系列钒酸钾纳米材料（K2V8O21，K0.25V2O5，K2V6O16·1.57H2O和KV3O8）作为水系ZIBs的正极材料。研究发现，与结构容易坍塌的层状KV3O8和K2V6O16·1.57H2O相比，具有隧道结构的K2V8O21和K0.25V2O5有助于锌离子扩散，并且可以在循环过程中保持稳定的结构。K2V8O21正极具有最佳的储锌性能，在0.3 A g-1时，具有247 mA h g-1的高容量；在6 A g-1的电流密度下循环300次的容量还可保持在128mA h g-1，具有优异循环稳定性和倍率性能。此外，通过GITT、非原位X射线等表征手段表明K2V8O21电极具有较高的离子电导率与结构稳定性。因此，K2V8O21是一种非常有前景的水系ZIBs正极，具有类似结构的β-Na0.33V2O5，Li0.3V2O5，Ag0.33V2O5等材料亦可推广作为水系ZIBs正极材料。该成果完成人为唐博雅硕士、方国赵博士（共同一作），周江特聘教授、梁叔全教授（共同通讯）等人，并以“Potassium vanadates with stable structure and fast ion diffusion channel as cathode for rechargeable aqueous zinc-ion batteries”为题发表在Nano Energy上。

51jia 发表于 2018-5-2 09:15:56

国际能源顶级期刊《Advanced Energy Materials》（IF=16.72）、《Energy Storage Materials》（IF≈12）和自然指数期刊《Chemical Communications》连续在线发表我院梁叔全教授团队在钠离子电池和水系锌离子电池领域的系列研究成果。

我校十佳博士研究生方国赵和青年教师周江特聘教授，在团队前期工作基础上，利用双金属MOFs为模板，成功开发出一种用于钠离子电池负极的氮掺杂碳包覆双金属硫化物，有效解决了目前钠离子电池负极材料在充放电过程中离子扩散缓慢、材料体积膨胀等瓶颈问题。研发的双金属硫化物与磷酸钒钠匹配成全电池能运行500圈，容量保持率高达93%，在钠离子电池负极方面取得了重要突破。研究成果近日发表在国际能源顶级期刊《先进能源材料》（Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201703155) （IF=16.72）。我院周江特聘教授、潘安强教授、梁叔全教授为论文共同通讯作者，我校为唯一通讯完成单位。

我校拔尖博士校长奖学金获得者蔡阳声和周江特聘教授，在另一个纳米能源热点问题水系锌离子电池攻关中，设计了一种新颖技术制备了具有稳定毡状结构的石墨烯包覆Na1.1V3O7.9的复合材料，明显提高材料导电性，有效缓解材料在嵌入和脱出离子时的应力和体积变化。这项工作首次将钒酸钠应用于水系锌离子电池，展现出了优异的循环稳定性，对于水系锌离子电池正极材料的开发，具有良好指导意义。相关研究成果发表在另一个国际能源顶级期刊《储能材料》(Energy Storage Mater., 2018, 13: 168-174) （IF≈12）。此外，团队有关V2O5纳米材料用作水系锌离子电池正极的基础研究进展，在自然指数期刊《化学通讯》(Chem. Commun., 2018, DOI: 10.1039/C8CC02250J)上发表。周江特聘教授和梁叔全教授为两篇论文的共同通讯作者，我校为唯一完成单位。

材料学院纳米能源科研团队的一批中青年骨干在“国家自然科学基金”及原“863计划”等资助下，重点关注纳米新能源领域重点难题，不断探索、不断创新，先后在该领域顶级期刊Energy & Environmental Science，Advanced Energy Materials，Nano Energy等发表多篇高影响（IF>10）和ESI高被引论文。近期该团队关注的MOFs转化与应用研究，成为《Nano Energy》的ESI高被引论文（IF=12.34， DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.05.009)、《J. Mater. Chem. A》的封面文章（IF=8.86， DOI: 10.1039/c7ta01961k）和《ACS Appl. Mater. Interfaces》的ESI高被引论文，（DOI: 10.1021/acsami.6b13153）。

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