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 JMCA期刊上发表最新研究成果

本课题组在多孔C₄N₄纳米片用作锂硫电池多硫化物锚固材料的模拟研究方面取得最新进展。2019年2月6日，李彤彤同学在J. Mater. Chem. A期刊上（工程技术类国际TOP期刊，2018年影响因子:9.931）发表了题为“A novel porous C₄N₄ monolayer as potential anchoring materials for lithium-sulfur battery design”的研究论文。

电池存在于我们日常生活的各个方面，是现代科学技术社会不可缺少的一部分。由于其高的硫的理论容量（约1675 mAh g^-1），锂硫电池已成为一种具有很高发展前景的电化学储能装置。然而，尽管在过去的三十年里，人们对锂硫电池进行了广泛的研究，锂硫电池的商业化仍受到快速容量衰减和严重自放电的阻碍。当LiPSs与电池电解质溶剂之间的相互作用强于LiPSs与电极材料之间的相互作用，LiPSs将会溶解于电解质中。这些溶解的LiPSs在阴极和阳极之间来回穿梭，导致电池容量衰减和低库仑效率。采用合适的锚固材料来捕获LiPSs，可以有效减弱这种穿梭效果。本文利用结构搜索，成功探索了一种新型C₄N₄单层并研究了其几何结构、输运性质和电子性质。利用范德华相互作用系统地研究了C₄N₄单层作为锂硫电池锚定材料的潜力。吸附计算表明，LiPSs在C₄N₄单层表面发生化学吸附，其吸附能大于锂多硫化物在电池电解液中的吸附能，这意味着C₄N₄单层可以抑制锂硫电池的穿梭效应，从而显著改善锂硫电池的循环性能。而且，LiPSs在C₄N₄单层上的良好表面扩散赋予了快速的充放电速率。由于C₄N₄单层一种拥有0.618 eV直接带隙的半导体，为了提高C₄N₄单层的导电性，构建了C₄N₄/graphyne异质结构。通过计算，结果表明，异质结构体系具有零带隙，显著提高C₄N₄单层本身的电导性质。在之后的吸附研究中，发现LiPSs在异质结构上的吸附能与在原始结构上的吸附能差别不大，这表明C₄N₄/graphyne异质结构可以在不影响C₄N₄单层对LiPSs吸附能力的情况下提高C₄N₄单层材料电导性能。基于这些结果，可以认为C₄N₄单层可以有效的阻碍锂硫电池穿梭效应。研究结果促进了二维碳氮材料用于锂硫电池的理论研究。

该研究得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金和中央高校科研基础专项资金的支持。

附：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/ta/c8ta10933h