武科大网讯 近期，美高梅集团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，在先进能源材料及催化材料等方面取得了系列重要研究进展。
硅冶金过程中，硅提纯和微纳结构难以同时实现。针对该挑战，团队采用镁合金化和氮气去合金化的方法实现硅与杂质的高效分离，能将冶金硅的纯度从95.8%提升到99.99%同时得到类蚁巢状的多孔结构，实现了冶金硅提纯-多孔一体化设计。成果发表于国际知名期刊Chemical Engineering Journal（IF: 15.1）。硕士生宋健为第一作者，霍开富教授和高标教授为通讯作者。
图1 硅提纯原理和流程图
研究团队针对多孔硅作为锂离子电池负极材料仍面临的离子传导率低、界面不稳定的问题，设计了两种人工界面功能层SiN和MgF2，来增强多孔硅界面结构的稳定性，提升其电化学储锂性能。相关研究成果发表在中国卓越计划期刊Journal of Energy Chemistry（IF: 13.1）和Advanced Functional Materials（IF: 19.0）。两篇论文中，博士生梅士雄为第一作者，霍开富教授和高标教授为通讯作者。
图2 多孔硅和功能化多孔硅服役机制图
针对钠离子电池合金负极在充放电过程中体积膨胀大、扩散动力学缓慢的问题，研究团队设计了具有双连续分级纳米孔结构一种原位碳包覆的多孔铋微米颗粒，这种独特的结构设计使其在快充型钠离子电池中具有较大应用潜力。该成果发表在Cell子刊Cell Reports Physical Science（IF: 8.9）上，博士生郭思广为本文第一作者，霍开富教授和高标教授为通讯作者。
图3 多孔铋材料储钠机理图
针对锂硫电池中多硫化物穿梭和反应动力学缓慢等问题，团队设计了一种新型三维分级的莫特-肖特基电催化剂，利用多重空间限域效应抑制LiPS穿梭，及自发的电荷重构促进反应动力学，该成果发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials（IF: 19.0）上。其次，基于喷雾干燥和拓扑氮化策略制备新型分层自组装的多功能骨架，有效抑制正极多硫化物穿梭和负极锂枝晶生长，该成果发表在国际知名期刊Small（IF: 13.3）上。博士生罗荣杰和硕士生张苗苗分别为论文第一作者，霍开富教授和郑洋教授为通讯作者。
图4 莫特-肖特基电催化剂增强硫电化学转化机制图
锂金属高反应活性和枝晶生长等导致的较差循环性能和安全隐患阻碍了锂金属电池的应用发展。因此，团队提出利用高导电性、强亲锂性的超薄VN柔性膜来内部负载并层间限域金属锂的策略，构建超薄且空气稳定的高性能复合金属锂负极。该成果发表在中国卓越计划期刊Energy & Environmental Materials（IF: 15.0）上，学生罗超为第一作者，霍开富教授和郑洋教授为通讯作者。
图5 超薄三维Li-VN复合负极制备示意图及性能分析
过渡金属硫化物、氮化物等因具有类似Pt的催化活性而被广泛研究，然而活性位点的缺少及催化剂表面氢键合能过强，抑制了高效析氢。针对上述问题，团队设计了一种具有莫特-肖特基特性的富氮Mo5N6/MoS2面内异质结，提高了MoS2基平面的催化活性和丰富了基平面的催化活性位点数量，实现了在全pH条件下的类Pt催化活性，并发明了一种通过简单浸泡处理制备过渡金属离子掺杂MoS2的新方法。该成果发表在国际知名期刊Small（IF: 13.3）两篇，硕士生马远航和博士生皮超然分别为本文第一作者。另外，通过过渡金属离子插层和氮化相结合的方法制备了多孔的Mo2N/Ni0.2Mo0.8N催化剂，利用氮化物的强水吸附、解离作用和界面位点对氢的脱附活性优化作用实现了优于Pt的析氢活性。该成果发表在国际知名期刊Chemical Engineering Journal（IF: 15.1）上，硕士生汪雪玲为第一作者。上述文章，霍开富教授和张旭明副教授为通讯作者。
图6 MoS2面内异质结的构建及电子调制机制图
上述系列成果美高梅集团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/10.1016/j.cej.2022.140092
2.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.02.002
3.https://doi.org/10.1002/adfm.202301217
4.https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101463
5.https://doi.org/10.1002/adfm.202306115
6.https://doi.org/10.1002/smll.202303784
7.https://doi.org/10.1002/eem2.12534
8.https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144370
9.https://doi.org/10.1002/smll.202201137
10.https://doi.org/10.1002/smll.202203173
（先进材料与纳米技术研究院）
