武科大网讯 近期，我校省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室、先进材料与纳米技术研究院霍开富教授团队，在先进能源材料和储能技术方面取得系列重要研究进展，包括：
1. Advanced Energy Materials, 2024, 14, 2303876. (IF: 27.8)
2. Energy Storage Materials, 2024, 103416. (IF: 20.4)
3. Advanced Functional Materials, 2023, 2306115. (IF: 19.0)
4. Advanced Functional Materials, 2023, 13, 2311040. (IF: 19.0)
5. ACS Nano, 2023, 17, 23, 24227-24241. (IF: 17.1)
针对合金型负极材料在循环过程中大体积变化导致的巨大应力问题，该研究团队在前期三维蚁巢状多孔硅研究基础上（Nature Communications, 2019, 10, 1447）,设计和制备出三维微纳分级结构多孔锗（p-Ge）。该材料是微纳分级结构，具有大的容量、短的锂离子扩散路径和缓解体积膨胀的优点。通过原位/半原位实验表征手段和理论计算，揭示了微纳分级多孔锗的存锂机制和应力分散行为。
这项工作为设计高性能、低体积膨胀的合金负极提供了新的见解。该研究成果发表在能源领域国际顶级期刊Advanced Energy Materials（IF：27.8）上。博士生郭思广为论文第一作者，霍开富教授和高标教授为通讯作者。
图1. 微纳分级多孔Ge电化学储锂优势和服役机制图
针对多孔硅表面离子传导率低以及界面不稳定等的问题，该研究团队在多孔硅表面设计MgSiN2功能层，充放电过程中在多孔硅表面原位构筑高离子电导率Li3N和Li-Mg合金复合界面，增强多孔硅界面离子传导率和结构稳定性，提升其电化学储锂性能。通过原位/半原位实验表征手段，揭示了MgSiN2功能层电化学转化机制。
这项工作为硅基负极材料的界面设计提供了新途径。相关研究成果发表在能源和材料科学领域国际顶级期刊Energy Storage Materials（IF: 20.4）上。博士生项奔和青年教师刘宇博士为论文第一作者，霍开富教授和高标教授为通讯作者。
图2. pMSi@MgSiN2合成与服役机制图及储锂性能
针对锂硫电池中多硫化物穿梭和反应动力学缓慢等问题，该研究团队设计了一种新型三维分级的莫特-肖特基电催化剂，利用碳的多重空间限域效应抑制LiPS穿梭，莫特-肖特基电催化剂及自发的电荷重构促进反应动力学。
该成果发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials（IF: 19.0）上。博士生罗荣杰为论文第一作者，霍开富教授和郑洋教授为通讯作者。
图3. 莫特-肖特基电催化剂增强硫电化学转化机制图
MoN和MoC是具有代表性的金属氮化物和碳化物，然而，二维平面内MoC/MoN异质结的可控制备和赝电容存储性能目前尚未见报道。该研究团队发展了熔盐辅助合成方法，可控制备出二维MoC/MoN纳米片，并通过原位红外、拉曼光谱、石英微晶天平研究了MoC/MoN电容性能，揭示MoC/MoN的赝电容来自氢离子与Mo-N的嵌入和脱出，为开发高性能过渡金属氮化物电极材料提供理论指导。
该研究成果发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials（IF: 19.0）。硕士生王成为第一作者，霍开富教授为通讯作者。
图4. 二维MoC/MoN面内异质结与界面作用示意图及相应体积容量
针对商用碳酸酯基电解液与高活性锂负极和高压正极兼容性差，导致电池失效，甚至引发安全事故的问题，该研究团队提出了DME和LiNO3双添加剂调控溶剂化结构的策略，在正负极表面形成稳定的电极-电解质界面，有效抑制电化学过程中电极与电解液之间的副反应。
该研究成果发表在国际顶级期刊ACS Nano（IF: 17.1）上。博士生郭齐飞为第一作者，霍开富教授和郑洋教授为通讯作者。
图5. 安全、高压电解液双向调控正负极界面示意图
上述系列成果，我校省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室均为论文第一单位。相关论文链接如下：
1. https://doi.org/10.1002/aenm.202303876
2. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103416
3. https://doi.org/10.1002/adfm.202306115
4. https://doi.org/10.1002/adfm.202311040
5. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09643
（先进材料与纳米技术研究院）
