材料學院景盼盼博士在快充電池負極與光催化材料領域取得重要研究進展

近日，我校材料科學與工程學院電子信息功能材料與器件創新團隊景盼盼博士（副教授）以第一作者身份在國際材料領域TOP期刊《Nano Energy》（IF=19.069）和《Applied Materials Today》（IF=8.663）上分別發表題為“Engineering the architecture and oxygen deficiency of T-Nb₂O₅-carbon-graphene composite for high-rate lithium-ion batteries”和“2D Z-scheme heterojunction and oxygen deficiency synergistically boosting the photocatalytic activity of a layered BaTiO₃/BiOIO₃composite”的研究論文，在揭示晶格氧空位提升快充鋰離子電池負極材料儲鋰性能和光催化降解有機污染物活性的相關機理方面取得重要進展，可為后續氧空位的研究提供借鑒。

據悉，晶格氧空位因對無機功能材料的光、電、力和熱等各個物理化學特性的調控均具有重要的作用，引起材料研究領域廣大學者們的重點關注，其中，如何精準的引入和檢測晶格氧空位，并借助第一性原理計算揭示氧空位與材料性能之間的構-效關系一直是相關領域的研究熱點與難點。

T-Nb₂O₅-Carbon-Graphene負極材料的儲鋰性能

晶格氧空位對T-Nb₂O₅的態密度、鋰離子吸附能和擴散動力學影響的理論研究

電動汽車（EV）的快速發展是當下地面交通運輸領域變革的最顯著標志。然而，人們在入手電動汽車時，優先考慮的是其“續航里程”“充電效率”和“功率輸出”，而作為電動汽車的“心臟”，鋰離子電池的性能無疑是影響電動汽車上述特性的最重要因素之一。為此，景盼盼博士等人基于晶格氧空位和2D層狀結構，開發了具有超高倍率特性（a capacity of 114 mAh/g obtained at 100 C or 20 A/g）和超長循環穩定性（a capacity of 147 mAh/g obtained at 5C for 1,500 cycles and 107 mAh/g obtained at 50 C for 5,000 cycles）的T-Nb₂O₅-Carbon-Graphene鋰離子電池負極材料，并揭示了T-Nb₂O₅的晶格氧空位能夠有效提升整個復合材料的電子電導和鋰離子的擴散動力學特性。此研究工作是景盼盼博士在美國佐治亞理工學院留學期間與Prof. Meilin Liu（Hightower Endowed Chair and Regents' Professor，H-index：135）和Dr. Bote Zhao（現為華南理工大學教授）共同合作完成。

BaTiO₃/BiOIO₃層狀復合材料光催化降解四環素的性能評價

BiOIO₃中的晶格氧空位與界面IO₃^-/I^-氧化還原對和能帶結構之間的理論研究

半導體光催化氧化還原技術被認為是未來清理環境污水中有機污染物最“綠色”和可操作性的手段之一，其中，技術核心是光催化材料。在眾多影響材料催化性能的因素中，太陽能的利用率和光生載流子的量子產率最為關鍵。為此，景盼盼博士等人以BaTiO₃為基體，基于界面晶格氧空位和Z-型異質結構，開發了具有超高光催化降解抗生素（Tetracycline）活性的BaTiO₃/BiOIO₃層狀復合材料，通過DFT計算，建立了晶格氧空位與界面IO₃^-/I^-氧化還原對和能帶結構之間的聯系：BiOIO₃側的晶格氧空位不僅將其導帶下移，增強對太陽光的吸收，而且有助于界面處IO₃^-/I^-氧化還原對的形成，提升光生載流子的Z型分離效率，進而提升復合材料的光催化活性。本研究工作主要由景盼盼博士和其碩士研究生何晨譜（將于2022年秋季入學蘭州大學化工學院攻讀博士學位）共同完成。理論計算由臺灣師范大學的Prof. Jenghan Wang與其研究生完成。（陜西科技大學為第一通訊單位，臺灣師范大學為第二通訊單位）

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521006534；

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940722002086?ref=cra_js_challenge&fr=RR-1

（核稿：王卓 編輯：劉倩）