郭洪教授研究团队在Scientific Reports 发表Na离子电池材料研究最新成果

化学科学与工程学院·药学院郭洪教授团队日前在Nature出版集团旗下刊物Scientific Reports（影响因子：5.578）发表关于钠离子电池负极材料的最新研究成果“Hierarchical hollow Fe₂O₃@MIL-101(Fe)/C derived from metal-organic frameworks for superior sodium storage” (www.nature.com/articles/srep25556)。郭洪教授系论文的通讯作者，其指导的2014级硕士研究生李成平为第一作者，该课题受到973计划、国家自然科学基金面上项目及云南大学“青年英才”培养计划的支持。

随着新能源汽车、太阳能、风能、各类电子设备及智能电网等能量储存与转换领域的快速发展，开发资源丰富、绿色环保的高比能储能材料具有巨大的潜力和现实意义。钠储量丰富，而且价格低廉、分布广泛；半电池电位比锂离子电池高；适合采用分解电压更低的电解液，因而安全性能更佳；电化学性能相对稳定,被认为是下一代储能和动力电池的理想选择。钠离子负极材料目前报导相对较少，主要难点在于：单用金属钠作负极时，不仅与金属锂一样受枝晶困扰，而且其熔点仅为97.7 ℃，无法实现安全应用；而传统商业化的锂离子电池负极材料石墨不能作为钠离子电池的负极，因为钠离子大，不能嵌入在石墨层之间。因此，研发高比能、低成本、长循环寿命、高倍率、循环稳定、安全性高的二次钠电池负极材料是目前学术界和工业制造领域的重要研究方向。课题组在新能源及环境新材料开展深入研究，已经在Green Chem.(2014,16,2539, IF=8.02), Nanoscale (2014,6,15168,IF=7.39), Chem. Commun.(2014,50,9485,IF=6.83)及Scientific Reports (2015, DOI: 10.1038/srep13310)等国际著名期刊发表多篇论文。

本次研究在前期深入工作的基础上，创造性的可控构建金属有机框架结构中空纳米异质结Fe₂O₃@MIL-101(Fe)/C钠离子电池负极材料，并对材料进行结构、形貌、电化学性能等分析测定。Fe₂O₃@MIL-101(Fe)/C纳米异质促进了电荷分离，并提高了电子迁移率，在动力学上提高了电极材料的电化学活性。这种独特的中空纳米结构极大的缩短了Na⁺和电子的迁移路径，提高材料的导电性和高倍率性能；提高材料的比表面积，暴露更多的活性位点，增强材料的电化学活性；空心结构可有效缓冲电化学反应过程中的体积膨胀，防止电极粉花失效。研究结果表明：Fe₂O₃@MIL-101(Fe)/C 电极的稳定可逆容量为710 mAhg⁻¹（200 mA g⁻¹电流密度下）， 首次库伦效率87.1%，经过200次充放电循环后仍能保持在662 mAhg⁻¹，保持率为93.2%，表现出良好的电化学性能。该材料的合成方法简单经济、快速、环境友好，为大规模化生产提供技术支持，并且作为一种的普适方法可有效应用于药物传输、催化、光催化及水处理等重要研究领域。