研究背景:
隨著世界范圍內(nèi)不可再生能源的華北合成含不斷消耗，在持續(xù)的電力大學(xué)全球排放危機(jī)中，環(huán)境友好技術(shù)被認(rèn)為是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的一種可持續(xù)途徑。廉價(jià)、科學(xué)安全的院S原位大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展對(duì)于建立綠色現(xiàn)代化電力系統(tǒng)具有重要意義。鋰離子電池由于其制造成本高、缺陷易燃等特點(diǎn)不可避免地阻礙了其在大規(guī)模儲(chǔ)能中的覆δ應(yīng)用。水系鋅離子電池因其安全、華北合成含成本低廉等特點(diǎn)展現(xiàn)出巨大的電力大學(xué)發(fā)展?jié)摿ΑnO2因其晶型多樣且結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)、中國(guó)可觀的科學(xué)理論容量(~ 616 mAh g?1)和低廉的價(jià)格而成為AZIBs的正極材料。然而，院S原位MnO2的缺陷應(yīng)用仍然受到結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和Mn溶解、Jahn-Teller效應(yīng)等引起的覆δ容量衰退問(wèn)題的限制。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，華北合成含以MnSO4為電解質(zhì)添加劑，C復(fù)合或O空位的方法均可提高M(jìn)nO2的性能。然而，MnSO4的加入，不可避免地造成對(duì)MnO2性能評(píng)估的不準(zhǔn)確性。且在純ZnSO4電解質(zhì)中，C復(fù)合和O空位對(duì)MnO2結(jié)構(gòu)和性能的協(xié)同效應(yīng)，也鮮有報(bào)道。因此，探究碳包覆和O空位對(duì)電池性能的協(xié)同效應(yīng)及水系鋅電在其他領(lǐng)域的應(yīng)用潛力意義重大。
示意圖
成果簡(jiǎn)介：
近日，華北電力大學(xué)呂瑋&徐超聯(lián)合中科院生物物理所丁芳原位合成了含O缺陷碳包覆δ-MnO2正極材料，實(shí)現(xiàn)421.2.2 mAh g?1的高比容量（0.1 A g?1），循環(huán)4000圈具有90.88%的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性（10 A g?1），能量密度高達(dá)595.53 Wh kg?1，庫(kù)倫效率接近100%。該原位合成法可以有效抑制正極副產(chǎn)物Zn4SO4(OH)6·4H2O生成、調(diào)控Mn價(jià)態(tài)并抑制Jahn-Teller效應(yīng)，進(jìn)而大幅提升正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。此外，研究人員通過(guò)體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該正極材料能夠有效抑制女性宮頸癌和卵巢癌細(xì)胞增殖并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。該研究成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Science Bulletin上，題為“In situsynthetic C-encapsulated δ-MnO2with O-vacancies: A versatile programming in bio-engineering”。
圖文解讀：
圖1 微觀表征。
圖2 理論計(jì)算。
圖3 電化學(xué)性能。
圖4 機(jī)理分析。
圖5 體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)。
文獻(xiàn)鏈接：
Wei Lv*, Zilei Shen, Junlin Liu, Xudong Li, Fang Ding*, Dongyue Zhang, Licheng Miao*, Xuefeng Lyu, Ruijie Li, Miaomiao Wang, Yiming Li, Jingwen Meng, Chao Xu*, In situ synthetic C-encapsulated δ-MnO2 with O-vacancies: A versatile programming in bio-engineering. Science Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.10.034.
通訊作者簡(jiǎn)介
呂瑋，華北電力大學(xué)副研究員。主要研究領(lǐng)域：可再生水系電池關(guān)鍵材料在規(guī)模儲(chǔ)能及生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。在Nano-Micro Letters、Energy Storage Materials等期刊發(fā)表科技論文40余篇，授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)，擔(dān)任《eScience》、《Nano Research Energy》、《Next Materials》、《National Science Open》、《Journal of Materials Science & Technology》、《Rare Metals》等期刊青年編委，獲“中國(guó)材料學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”、“Green Carbon優(yōu)秀青年編委”等榮譽(yù)，兼任科技部專家?guī)斐蓡T、科創(chuàng)中國(guó)新材料專家、有色金屬智庫(kù)認(rèn)證專家、中國(guó)華能集團(tuán)評(píng)標(biāo)專家、燕山大學(xué)外聘碩導(dǎo)，Nano-Micro Letters、Energy Storage Materials、Carbon Energy等期刊審稿人，承擔(dān)及參與多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、裝備預(yù)研基金、中央高校專項(xiàng)資金等項(xiàng)目。
丁芳，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所助理研究員。美國(guó)University of Wisconsin, Madison聯(lián)培博士（師從James Ntambi），中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所博士后。主要研究領(lǐng)域：干細(xì)胞與腫瘤發(fā)生、納米藥物遞送、RNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控等，相關(guān)成果發(fā)表在Biomaterials、Nanoscale Horizons等期刊，主持協(xié)和醫(yī)學(xué)院青年創(chuàng)新基金1項(xiàng)，參與多項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，Advanced Science等期刊審稿人。
徐超，華北電力大學(xué)教授。長(zhǎng)期從事太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)及燃料電池等領(lǐng)域中涉及的多場(chǎng)耦合復(fù)雜傳輸現(xiàn)象中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。獲第三批國(guó)家“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才、中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)吳仲華優(yōu)秀青年學(xué)者、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)優(yōu)秀青年科技人才等榮譽(yù)，先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國(guó)家973項(xiàng)目課題、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目6項(xiàng)，參加國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體項(xiàng)目1項(xiàng)，擔(dān)任中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)分會(huì)青年工作委員會(huì)委員、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員、全國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、《Energies》和《Frontiers in Heat and Mass Transfer》編委，發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文150余篇，獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。
