学部2017级硕士研究生一年内连发三篇SCI一区TOP期刊论文
发布时间:2019-09-25      浏览次数:23819
 

学部新能源汽车动力电池及其材料研究所2017级硕士研究生徐勇在研究所老师的指导下,长期从事有机/聚合物新型储能材料、(稀土)酞菁配合物储能材料和光限幅功能材料研究,2018年8月至2019年8月一年时间内取得系列成果,并在国际高水平期刊上连续发表三篇研究论文。

陈军老师与其研究生合影


徐勇照片


多孔硅藻土混合1,4,5,8-NTCDA纳米线作为锂离子电池高性能电极材料

2019年8月,论文“A Stable 2D Nano-Columnar Sandwich Layered Phthalocyanine Negative Electrode for Lithium-Ion Batteries”被爱思唯尔旗下期刊Journal of Power Sources(SCI一区TOP期刊,影响因子7.467)接受发表。材料冶金化学学部2017级硕士研究生徐勇为该论文的第一作者,陈军副教授为该论文通讯作者,我校钟盛文教授和美国德州大学奥斯汀分校李玉涛博士为论文的共同通讯作者。

层状电极材料因具有较短的锂离子传输通道、较快的锂离子扩散速度、较大的暴露表面积和能够提供更多的插锂通道,使其展现出不可比拟的容量、倍率性能和导电率的优势。但传统的石墨层状负极材料各向异性的层状结构和层间以微弱范得华力吸引,仍然存在容量提升有限、结构稳定性欠佳等问题,在长时间的充放电循环过程中易受到电解液的侵蚀、锂离子的嵌入和脱出引起的结构粉化和坍塌等问题,其容量、循环稳定性能和倍率性能仍较大的提升空间。因此,开发一种稳定的层状结构和优良的电化学性能的新型负极材料具有重要的意义。

本文设计合成了一种新型的稀土金属络合的稳定三明治层状结构化合物TNY-Pc,二维分子纳米柱与稳定的面对面夹层层状酞菁化合物堆积在一起,形成具有多孔各向异性结构的二维导体,具有较短的锂离子输运路径、优越的电导率、较好的结构稳定性和体积稳定性,使其表现出优异的容量、可循环性和倍率性能,为锂离子电池新型稳定的层状电极材料的设计提供了新的思路。


稳定二维酞菁三明治层状纳米柱锂离子电池负极材料

2019年4月,论文“A Stable 2D Nano-Columnar Sandwich Layered Phthalocyanine Negative Electrode for Lithium-Ion Batteries”被爱思唯尔旗下期刊Journal of Power Sources(SCI一区TOP期刊,影响因子7.467)接受发表。材料冶金化学学部2017级硕士研究生徐勇为该论文的第二作者(导师第一作者),陈军副教授为该论文通讯作者,我校钟盛文教授和美国德克萨斯州大学奥斯汀分校李玉涛博士为论文的共同通讯作者。

本文设计合成了一种新型的稀土金属络合的稳定三明治层状结构化合物TNY-Pc,二维分子纳米柱与稳定的面对面夹层层状酞菁化合物堆积在一起,形成具有多孔各向异性结构的二维导体,具有较短的锂离子输运路径、优越的电导率、较好的结构稳定性和体积稳定性,使其表现出优异的容量、可循环性和倍率性能,为锂离子电池新型稳定的层状电极材料的设计提供了新的思路。2019年8月,论文“Porous diatomite-mixed 1,4,5,8-NTCDA nanowires as high-performance electrode materials for lithium-ion batteries”被英国皇家学会旗下期刊Nanoscale(SCI一区TOP期刊,影响因子7.233)接受刊登。材料冶金化学学部2017级硕士研究生徐勇为该论文的第一作者,陈军副教授为该论文通讯作者,我校钟盛文教授为论文的共同通讯作者,江西理工大学为论文的唯一通讯单位。

有机材料因具有高容量、分子可控性、结构多样性和资源可再生性等优点,有望成为新一代锂离子电池的发展方向。鉴于上述优点,各种类型的有机化合物被作为LIBS电极材料进行研究,包括导电聚合物、有机硫化合物、有机自由基化合物和有机羰基化合物。其中不饱和(C=O、C=C和N=O)有机共轭化合物因其优良的电化学性能而受到广泛关注。然而,有机电极材料仍有一些亟待解决的问题,如由于电导率低、在有机电解质中溶解度高、锂离子缺乏设计良好的导电通道以及由于有机电极材料中缺乏晶格而缺乏足够的活性中心等,导致其循环性能和倍率能力较差。因此,开发设计出纳米化尺寸,更多活性中心暴露,多孔和疏松的形貌,以及提供更好的导电通道的有机电极材料,是提高有机电极材料内部活性中心利用率的有效途径。

本文采用静电纺丝技术制备了一种由硅藻土混合的1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTCDA)纳米线(ED-1,4,5,8-NTCDA)组成的新型多孔复合电极。与E-1,4,5,8-NTCDA纳米棒和C-1,4,5,8-NTCDA纳米块体相比,得到的多孔硅藻土复合的纳米丝NTCDA活性物质因具有更大的暴露活性点位和更多的锂离子传输通道,展现出更低的电荷转移阻抗,更高的容量和更好的倍率性能。这种新颖的电极微观结构为新型高性能有机电极材料的设计提供了新的思路。


强非线性吸收效应的无聚集铟酞菁接枝MA-VA聚合物

2018年8月,论文“Strong reverse saturable absorption effect of a nonaggregated phthalocyanine-grafted MA-VA polymer”被英国皇家学会旗下期刊Journal of Materials Chemistry C(SCI一区TOP期刊,影响因子6.641)接受刊登。材料冶金化学学部2017级硕士研究生徐勇为该论文的第二作者(导师第一作者),陈军副教授为该论文通讯作者,我校梁彤祥教授和中国科学院化学研究所的杨国强研究员为论文的共同通讯作者。

文章针对小分子酞菁化合物由于平面结构的π电子共轭效应,其无论分散在溶液中还是分散于固体基质中,均存在明显的聚集效应,产生严重的T-T湮灭作用,从而在很大程度上抑制激光限幅效应的发挥及其实际应用。针对这一问题,作者首次提出一种无聚集酞菁聚合物分子模型的构建,将性能优异的铟酞菁分子接枝到MA-VA共聚物分子链上,通过聚合单元MA-VA之间的分子链长(>12 Å)控制酞菁单元之间以非聚集的单分子形式存在于聚合物体系中,从根本上消除了聚集对光限幅特性的抑制作用。结果表明,得到的无聚集酞菁接枝聚合物具有较低的荧光猝灭和T-T湮没过程,较长的T1态的寿命和较高的激发态量子产率,最终实现了超强的反饱和吸收RSA过程和优越的非线性吸收效应。酞菁接枝聚合物MA-VA-PcInCl的非线性吸收系数分别高达2.5×10-10m/W (T0=89%)和1.75×10-9m/W (T0=71%),研究结果将为开发性能优良的可实用化光限幅材料提供了新的思路。

徐勇说,自己在研究所进行课题研究已有两年多时间,有了前两年里丰富的积累,才有了今天的“厚积薄发”。团队在研究过程中花费了较长的时间克服材料合成上遇到的困难,为此参考了很多此前文献中的制备方法、学习尝试了许多新的工艺,举一反三,才让制备的材料获得了高效率。

据悉,上述研究工作获得国家自然科学基金(21762019)、江西省自然科学基金面上项目(20171BAB206017)、江西省自然科学基金青年项目(20161BAB213082)、国家级创新创业训练项目(201610407006)、江西省教育厅项目(GJJ150672)等的支持。

论文链接:

1、Strong reverse saturable absorption effect of a nonaggregated phthalocyanine-grafted MA-VA polymer

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/tc/c8tc02511h#!divAbstract

2、A Stable 2D Nano-Columnar Sandwich Layered Phthalocyanine Negative Electrode for Lithium-Ion Batteries(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775319304306

3、Porous diatomite-mixed 1,4,5,8-NTCDA nanowires as high-performance electrode materials for lithium-ion batteries(https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/nr/c9nr06186j/unauth#!divAbstract

(文/祝绳健 图/徐勇)

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