近日，我校化学与环境学院的研究团队在能源存储材料化学领域取得新进展。在ACS Nano (SCI一区，IF = 13.709)期刊上发表题为《Cerium Based Metal-Organic Frameworks as Efficient Separator Coating Catalyzing the Conversion of Polysulfides for High Performance Lithium-Sulfur Batteries》(https://pubs. acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b08155)的研究论文，其中刚入职的青年英才洪旭佳特聘副研究员为文章第一作者、蔡跃鹏教授和澳大利亚昆士兰科技大学的合作者王红霞教授为共同通讯作者。
虽然Li-S电池具有十分优异的性能，但其实际应用仍面临一些挑战，其中，多硫化物的穿梭效应是阻碍Li-S电池商用化的致命因素。电池充放电反应产生的可溶性长链多硫化物Li2Sn(n=4～8)在浓度梯度的作用下，穿过电池隔膜到达锂负极表面，被还原为短链硫化物Li2Sx(x=2～4)，在电场和浓度差的作用下，它们将会通过电解液扩散回到正极，在正极处再次被氧化为长链多硫化物Li2Sn(n=4～8)。这种多硫化物穿过隔膜，在正、负极间循环往复迁移的现象被称为“Shuttle效应”，即穿梭效应。穿梭效应的存在会严重降低硫活性物质的利用率，进而导致Li-S电池不可逆容量的大量损失。因此，抑制多硫化物的穿梭效应是提高Li-S电池性能的关键。
为了解决这个问题，研究团队基于多孔铈金属有机框架化合物(Ce-MOF)对多硫化物具有催化转化作用功能，将铈(Ce)基金属有机骨架(MOF)与碳纳米管(CNTs)形成Ce-MOF/CNT复合物作为Li-S电池的隔膜涂层材料，可有效地抑制了Li-S电池中多硫化物的穿梭效应，表现出优异的电化学性能。在6 mg/cm2的较高硫负载下，带有Ce-MOF/CNTs隔膜涂层的电池仍然表现出优异的性能。0.1 C下，初始比容量为993.5 mAh/g，循环200次后的比容量仍高达886.4 mAh/g。
此外，该研究团队前期曾提出利用同时兼具富氮的有机配体和路易斯酸Cu(II)开放位点的双功能金属有机框架(CuTDPAT)，较好地将多硫化锂固定在正极，从而使锂硫电池显示出良好的循环稳定性，发表在Nanoscale期刊：“Confine the Polysulfides within the Dual Functional Metal-Organic Framework for Long-Life Lithium Sulfur Battery” Nanoscale, 2018,10, 2774-2780（影响因子：7.233)。同时，利用MOF衍生的花状微孔氮掺杂碳纳米片(FMNCN-900)作为长寿命锂硫电池中小硫分子的载体。具有最大的孔容以及合适的氮含量，可有效地将质量分数高达45%的小硫分子S2-4限制在~0.5nm的孔道中，合适的氮掺杂量以及花状的纳米片结构为电子和锂离子的快速传输提供了保证，从而使得S/FMNCN-900复合物在碳酸酯类电解质的锂硫电池中也表现出优异的电化学性能，发表在ACS Appl. Mat. Interfaces期刊：“MOF-Derived Flower-Like Microporous Nitrogen-Doped Carbon Nanosheet as Host for Small Sulfur for Long-life Li-S Batteries” ACS Appl. Mat. Interfaces, 2018, 10, 9435–9443 (影响因子：8.097)。论文的第一作者都是洪旭佳博士，蔡跃鹏教授为通讯作者。
洪旭佳特聘副研究员2009年9月-2013年6月于华南师范大学化学与环境学院化学专业获学士学位，2013年9月-2018年12月在华南师范大学化学与环境学院攻读博士学位，导师是蔡跃鹏教授。2019年1月以青年英才身份入职华南师范大学化学与环境学院，主要开展金属/共价-有机框架(MOFs/COFs)基能源存储与转换材料化学的研究。目前共发表署名论文近30篇，其中以第一作者身份、华师为第一单位发表SCI论文11篇，包括ACS nano. [2019, IF = 13.709], ACS Appl. Mat. Interfaces. [2017, 9(5), 4701-4708; 9(34), 29374-29379; 2018, 10, 9435–9443, IF = 8.097], Nanoscale [2018,10, 2774-2780, IF = 7.233]等多篇高水平学术论文。
作者/通讯员:化学与环境学院 | 来源:化学与环境学院 | 编辑:杨柳青
