《無機納米薄片/條帶的計算設計與嵌鋰性能》是依託南開大學，由周震擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無機納米薄片/條帶的計算設計與嵌鋰性能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周震
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鋰離子電池在電動汽車等大功率負載中的套用需要能快速進行充放電的材料，即要求鋰離子在材料中的擴散速率要快。本申請提出通過拓展層狀化合物納米薄片(nanosheets)和納米條帶(nanoribbons)層間距的途徑來提高鋰離子的擴散能力。將通過計算與實驗相結合的方法探索層狀化合物(以TiS2等為模型材料)納米薄片/條帶的穩定性、製備方法和嵌鋰性能。深入理解介觀尺度下層狀化合物的幾何結構演化規律，在此基礎上通過有效控制的化學過程製備厚度為10nm以內的納米薄片/條帶材料，並將納米薄片/條帶自組裝成具有納米/微米球等形貌的材料，結合現代物理化學測試手段重點研究鋰離子在納米薄片/條帶材料中的嵌入和擴散過程，綜合計算模擬與實驗結果，掌握化學組分、電子結構和納米薄片層間距等對鋰離子嵌入和擴散能力的影響，為設計製備能快速可逆進行充放電的高容量鋰離子電池材料提供理論指導。
結題摘要
經過三年來的系統和深入的研究工作，我們研究並設計了一系列的無機化合物二維納米薄片(nanosheet)和一維的納米條帶(nanoribbons)，包括h-BN、單層金屬有機共價高聚物、具有平面四配位成鍵的SiC2、MoS2和VS2單層、MXene等類石墨烯無機納米薄片/條帶，探索層狀化合物在有限原子層數條件下的結構穩定性以及這些納米薄片/條帶結構所對應的相關物性，鋰離子在納米薄片/條帶材料中的嵌入和擴散過程，並通過化學剝離法法製備了MoS2納米薄片及其與石墨烯的複合材料，通過溶膠凝膠法製備Ni-C複合納米片，研究了鋰離子嵌入、擴散性能和儲鋰機理。通過計算模擬與實驗結果相結合，為高容量鋰離子電池材料的研究提供了理論指導。三年來，我們已發表研究論文14篇，12篇發表在影響因子3.0以上的雜誌上，其中2篇發表在J. Am. Chem. Soc.上，並應邀為Progress in Materials Science雜誌(影響因子23.194)撰寫了長篇綜述，申請一項中國專利並已獲得授權，超額完成了我們在基金申請書中提出的目標。論文發表後被Science、Nat. Commun.、JACS和Adv. Mater.等研究論文和綜述他引共110多次，並被Nature China、acs.org和JACS Spotlights等作為研究亮點介紹。三年間有2位碩士研究生(後轉為博士研究生)、6位博士研究生參加項目研究工作，2位獲得過教育部博士研究生學術新人獎，3位博士研究生已經順利畢業，其中1位獲得南開大學和天津市優秀博士學位論文，被聘為江蘇省特聘教授。我們每年還參與組織或參加了國內外計算化學/材料學和電化學等方面的學術會議，並邀請國內外相關領域的專家學者來訪問交流。
