范文健康探索娱乐情感热点
投稿投诉
热点动态
科技财经
情感日志
励志美文
娱乐时尚
游戏搞笑
探索旅游
历史星座
健康养生
美丽育儿
范文作文
教案论文
国学影视

首次利用柔性基COF作为主体材料提升锂硫电池性能

  肖丹教授Nano Energy观点:首次利用柔性基COF作为主体材料提升锂硫电池性能
  文章信息
  调控柔性共价有机框架(COF)结构特性制备具有高性能的锂硫电池主体材料
  第一作者:葛云晨
  通讯作者:孟岩,肖丹
  单位:四川大学
  【研究背景】
  在锂硫电池放电过程中,固体硫会发生相变形成液态的多硫化物和最终固态的Li2S,我们可以将硫的物种变化看成是一种持续变化的动态过程。因此,利用具有结构多样性的柔性基COF理论上更能适配活性物质硫的动态变化,从而提高限制多硫化物飞梭的能力。但目前尚无柔性基COF作为主体材料的报道,原因是因为柔性的有机单元具有较高的旋转自由度,从而导致很难获得高晶型的有序多孔COF框架。因此,选择合适的柔性有机配体是构建稳定的柔性基COFs的关键。而将柔性基COF的应用拓展至锂硫电池中必将是一个新方向,即在柔性结构单元的基础上调整COFs的晶型结构以及修饰特定官能团以实现其在锂硫电池领域的作用最大化(制多硫化物飞梭,提升倍率性能和电池的循环稳定性等)。
  【文章简介】
  基于此,四川大学肖丹课题组 ,在国际纳米领域顶级期刊Nano Energy 上发表题为"Tuning the structure characteristic of the flexible covalent organic framework (COF) meets a high performance for lithium-sulfur batteries" 的研究论文。
  该研究设计并合成了两种具有柔性结构三嗪环单元的介孔COFs(COF-TPT(OH)和COF-TPT)作为锂硫电池的主体材料。COF-TPT(OH)同时具有刚性(来源于-OH提供的氢键)和柔性(来源于柔性单元)的特性,并且半刚性/柔性COF-TPT(OH)@S电极在首圈循环中提供了1337 mAh g-1的可逆容量,并且在0.1 C的电流密度下循环80圈后仍保持了1203 mAh g-1的放电容量。即使在0.5 C的电流密度下,1000圈循环后电极也能传递出732 mAh g-1的可逆容量,每圈的容量衰减率仅为0.045 %。
  更重要的是在循环过程中观察到COF-TPT(OH)@S电极具有容量增加现象,这是由于COF-TPT(OH)结构多样性能适应S物种的动态变化,最终导致COF-TPT(OH)框架中的S慢慢被活化。羟基(-OH)的引入提供了更多的亲核位点,也提高了Li2S的成核密度和速率(短链多硫化物的转化),同时原位拉曼证实-OH 也有助于长链多硫化物的转化以及活性硫的利用。理论计算模型进一步验证了-OH的优势:对长链多硫化物具有较好的吸附效果。得益于结构对长链多硫化物的约束效应,COF-TPT(OH)@S在第一平台上的自放电行为(固体硫向长链多硫化物的转化)受到阻碍,在放置48 h后容量衰减率低至10.8 %。本论文表明高结晶度柔性基COFs作为主体材料对多硫化物的限制和Li-S性能的提高具有很大的应用潜力。
  Figure 1. Synthesis method of flexible COF-TPT, semi-rigid/flexible COF-TPT(OH) and rigid COF-TFPT (a), the synthesis path and the charge and discharge process of the flexible COFs@S (b), PXRD patterns of COF-TPT(OH) (c) and COF-TPT (d) experimental (red), AA stacking mode (blue) and AB stacking mode (black).
  【本文要点】
  要点一:首次利用柔性基COF作为锂硫电池的主体材料
  锂硫电池充放电过程中,活性物质S经过多相变转化的过程,同时活性的S物种都是旋转自由度较高的柔性分子,因此具有柔性单元的COF多孔材料更能适配充放电过程中S物种的结构变化。但因为结构中柔性单元的存在,所以很难制备晶型较好的柔性基COF主体材料。至今为止,暂无研究系统性地讨论柔性基COF作为主体材料提升锂硫电池性能的作用机理。基于此,肖丹课题组设计合成了两种基于柔性基单元的COF材料(COF-TPT(OH)和柔性COF-TPT)作为锂硫电池的主体材料(Figure 2)。给电子基-OH的引入一定程度上弱化了C=N的自极化效果,从而促使COF-TPT(OH)比COF-TPT具有更好的晶型结构。同时由于-OH提供了分子内羟基,锚定了COF-TPT(OH)中的柔性单元,从而让COF-TPT(OH)展现出半刚半柔的结构特性。
  Figure 2 Synthesis method of COF-TPT(OH) and COF-TPT.
  要点二:柔性基COF主体材料的容量增长现象与机理探讨
  COF-TPT(OH)@S电极在0.1 C的电流密度下,首圈放电容量可达1337 mAh g-1,随后一直到第11圈容量会衰减到1062 mAh g-1。显然,前几次循环的容量衰减不仅是由于外表面的少量硫转变为可溶性的多硫化物飞梭到负极,还与电极活化以及负极上的SEI产生有关。但是在接下来的循环过程中可以观察到一个容量增长现象,放电容量随着循环圈数的增加而增加。直到第49圈,放电容量增加至最大值1270 mAh g-1。随后放电容量开始衰减,最终在第80圈时放电容量维持在1203 mAh g-1(Figure 3a和3d)。在柔性COF-TPT@S电极中也观察到相同的容量增加现象。COF-TPT@S在0.1 C的首圈的放电容量仅仅为1030 mAh g-1(Figure 3b和3e),刚性COF-TFPT@S电极中则是没有观察到容量增长现象。
  Figure 3. Galvanostatic discharge-charge profiles of the COF-TPT(OH)@S (a), COF-TPT@S (b) and COF-TFPT@S (c) cathodes recorded at 0.1 C. Cycling performance and coulombic efficiencies of COF-TPT(OH)@S (d), COF-TPT@S (e) and COF-TFPT@S (f) cathodes measured at 0.1 C. Cycling performance of COF-TPT(OH)@S, COF-TPT@S and COF-TFPT@S cathodes measured at 0.5 C (g).
  为了更好的探讨柔性基COF@S电极的容量增长机理,我们通过XRD表征得出柔性基COF易受到外部因素影响从而激发结构的多样性(Figure 4a和4b)。更重要的是在充放电过程中,两种COF@S电极都能充分展现柔性结构多样性的特点。因此,可推断出柔性基COF电极在充放电循环过程中结构被逐步活化使得硫的利用率增加和活性位点的增多,这为其容量增长现象奠定了基础。换而言之,容量增长是由于柔性基COF在电池循环过程中结构发生了变化而导致的现象。
  Figure 4 In-situ variable-temperature XRD of COF-TPT(OH) (a) and COF-TPT (b). Ex-situ X-ray diffraction of COF-TPT(OH)@S in different cycles (c) and during charge-discharge process (d). Ex-situ X-ray diffraction of COF-TPT@S in different cycles (e) and during charge-discharge process (f).
  同时,恒电位间歇滴定技术(PITT)表明柔性基COF@S电极在充放电过程中液固转化速率增加(Li2S形核速率),佐证了柔性基COF@S电极中COF结构被活化以及活性位点逐步暴露的事实(Figure 5)。
  Figure 5 Liquid solid conversion kinetic evaluation using PITT measurements for COF-TPT(OH)@S (a), COF-TPT@S (b) and COF-TFPT@S (c). Dimensionless current time transient for the Li2S nucleation process of COF-TPT(OH)@S (d), COF-TPT@S (e) and COF-TFPT@S (f).the Liquid solid conversion kinetic evaluation with increased cycling of COF-TPT(OH)@S (g), COF-TPT@S (h) and COF-TFPT@S (i).
  要点三:羟基的引入有助于电化学性能的提高
  a) 引入-OH基团可以赋予骨架更高的供电子能力,以提高Li2S的核密度。根据理论计算模拟,具有-OH的COF-TPT(OH)结构对溶剂化的中间分子具有较强的亲核吸附作用。反应吉布斯自由能越低,短链多硫化物在短时间内被锚定的数量越多,成核密度越高,使得半刚性/柔性COF-TPT(OH)反应动力学在三种COF中最快。
  Figure 6. Dessolvation diagram of COFs host material (a). The calculated adsorption capacity of 3DOL-LiS@COF-TPT(OH) (b), 3DOL-LiS@COF-TPT (c) and 3DOL-LiS@COF-TFPT (d).
  b)COF-TPT(OH)中的-OH能有效地提高长链多硫化物的转化率。通过原位拉曼表征方法证明-OH基团对长链多硫化物的转化有积极的促进作用,长链多硫化物转化能力的提高进一步表明-OH基团具有限制穿梭效应的能力。
  Figure 7. In-situ Raman spectroscopies on the cathode surfaces of COF-TPT(OH)@S (a-c), COF-TPT@S (d-f) and COF-TFPT@S (g-i).
  【文章链接】
  Tuning the structure characteristic of the flexible covalent organic framework (COF) meets a high performance for lithium-sulfur batteries
  https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108297
  【通讯作者简介】
  肖丹教授简介: 四川大学教授,博导,主要从事化学与生物传感器、色谱与毛细管电泳分离技术、新能源材料和化学教育等研究。承担国家自然科学基金仪器专项和面上项目等多项研究项目;申报获得国家专利十余项;建成1500吨/年的高性能磷酸铁锂自动化规模生产线;以通讯作者身份在Nature Catalysis., Adv. Mater., Angew. Chem.等 学术刊物上发表科研论文300余篇。
  孟岩简介: 四川大学化学新能源与低碳技术研究院博士后。参与国家自然科学基金重大仪器专项、省部级"利用废硫酸亚铁制备高附加值磷酸铁和类石墨烯磷酸铁锂正极材料"中试生产项目等。发表SCI收录论文10余篇,目前主要从事高能量密度、高安全锂离子电池材料的开发和表界面性质研究,以及新型电池结构的开发。
  第一作者简介
  葛云晨: 四川大学新能源与低碳技术研究所(INELT)博士,主要研究方向为新型储能材料在高能量密度锂离子电池中的应用。
  【课题组介绍】
  本新能源与传感测量技术研究团队核心学术带头人是肖丹教授和郭勇教授,主要研究方向包括二次电池、超级电容器、电催化、传感测量技术等。团队共有教授5人,副教授6人,助理研究员7人,硕博士研究生60余人。团队带头人和核心人员开展大量能源相关研究工作,研究成果发表在Nature Catalysis,Materials Today,Advanced Materials,Angewandte Chemie, Chemistry of Materials,Green Chemistry,Nano Energy,Energy Storage Materials,Analytical Chemistry,Biosensors & Bioelectronics,Journal of Materials Chemistry A等 期刊。
  团队依托四川大学化学学院、化学工程学院、新能源与低碳技术研究院,开展前沿性、原创性、实用性研究工作。团队经过多年的研究工作积累,成功转化了一条3000吨/年高性能磷酸铁锂正极材料生产线并于德阳投产,并且近年来最新的研究成果将磷酸铁锂生产线在现有基础上进行了改进,通过固相法制备高倍率磷酸铁锂,同时研究掌握了高能量钴酸锂材料的制备,实现了高性能高安全锂离子电池、并研制了针对电池中微量气体的检测技术,以及电池局部电位探测技术。

1958年金门炮战,解放军四天打47万发炮弹,弹壳可做6千万把菜刀要说金门最有名的特产都有哪些,除了高粱酒和贡糖之外,那必然就是最负盛名的金门菜刀,早在上世纪九十年代,金门当地就开始流行起了卖刀具,其中菜刀最为畅销,等到两岸之间互通交流起来,它更建国后,为我国做出巨大贡献的陈赓,为何没有担任国家要职?引导语在中国众多开国将领中,不仅有军事作战方面有着惊人天赋的人,有在解放军的发展史上有着卓越贡献的人,更有在危急时刻为我党转危为安的人。他们在不同的工作岗位上,用不同的本领为新中国中国志愿军的哪两种绝活,是别的国家军队学不来的?在抗美援朝战场上,上甘岭战役堪称神迹。这一战役,彻底粉碎了美军的金化攻势,让上甘岭成了联合国军的伤心岭。因此有人说,美国人真正认识中国人,是从上甘岭开始的。但在上甘岭战役中,美军对到越南旅游,哪些现象让人无法理解?现在去越南旅游的人很多,越南旅游资源丰富,消费水平不高,而且极具异域风情。作为一个旅游业发达的国家,越南深受很多国内游客的喜爱。我们出国旅游,很多时候,是为了看看当地的风土人情,看日本队公布迎战越南阿曼名单古桥亨梧南野拓实冨安健洋领衔北京时间11月4日,日本队公布了新一期的集训名单,名单由吉田麻也南野拓实冨安健洋等名将领衔。根据赛程,日本队第5轮做客面对越南,第6轮做客面对阿曼。日本队前4轮12强赛仅取得2胜2走近冬奥丨速度滑冰国家集训队将出征世界杯系列赛新华社北京11月4日电(记者王镜宇王梦)据国家体育总局冬季运动管理中心官方公众号中国冰雪消息,由李琰担任总教练的速度滑冰国家集训队将于5日出征,参加世界杯系列赛。速度滑冰国家集训队国家队最新持股路线图曝光!持有市值2。6万亿,这些新宠业绩爆发(附名单)截至10月31日,2021年三季报基本披露完毕,国家队持股动向也浮出水面。21投资通(微信号IDtouzit21)据同花顺iFinD统计,有365家公司三季度末的前十大流通股东出现TikTok被禁一年后,印度短视频市场怎么样了?在去年6月中国应用程序被印度政府封禁的那场风波中,字节跳动旗下的TikTok也未能幸免,首当其冲地成为了这场风波中的牺牲品。而在那之前,TikTok曾是印度最火的短视频平台,其总下加索尔携家人赶赴美国,陪瓦妮莎一家过节,三萌娃合影太有爱自从科比离开这个世界,离开了他的家庭,他的妻子瓦妮莎和孩子们就一直在激励努力的生活,努力寻找生活的希望。在他们的生活中,也有很多球迷,网友们积极鼓励她们走出阴霾,也有加索尔一家人一年仅41岁离世,蔡向阳生前直播再引关注,基民察觉蔡总神情沧桑,眼里红红的财联社(北京,记者陈俊岭)讯,面对极致分化的市场,手持数百亿规模,年仅41岁的基金经理蔡向阳意外辞世,在全市场深感震惊的同时,很多人会问,在他生前的最后几个月,到底经历了什么?今年生前一句话也不说,离世后葬进八宝山,哑巴同志的真名叫熊世皮在北京石景山区,有一座八宝山,山上松柏常青,坟墓整齐划一,这就是八宝山革命公墓。八宝山公墓是根据周总理的指示建立的规格最高的革命公墓,能进八宝山的人,不是国家领导人,就是为中国革命
逆向思维很奇怪,真正帮助你成长的人,永远都是陌生人逆向思维很奇怪,真正帮你成长的人,永远都是陌生人。这个世界很有意思,许多规律和人性,和你平时的思维认知都是相反的。你会记住那些曾经帮助过你的人,当你有了能力,你也会尽可能去帮助别人王向东怎样才能改变人生人生不在于努力而在于选择。选择不对,努力白费。我就简单介绍下我。我王向东。1978年。来自于河南新乡辉县。2018年往前推5年,那5年可以说是我的至暗时刻。每天的我起早贪黑,早上5人生只有不断地刷新自我认知,才能在真理之海里享受到人生乐趣伏尔泰说人生布满荆棘,我们想的唯一办法就是从荆棘上跨过。世事无常,一味地逃避只能让自己在生活的泥淖里,恶性循环。唯有勇敢面对,才能在苦难中快速成长,才会在逆境中找到前行的路。人生就东安湖畔秋草黄东安湖畔秋草黄杨柏书(四川)秋天里,除了五彩缤纷的成熟,秋草金黄的恬静素雅,还有丝丝秋绪。这一缕秋绪,想起了东安湖,想起了东安湖体育公园,那一池潋滟的秋水,顺势起伏微黄的草坪,还有再次拥抱你失败感顿时体现在了生活当中,曾经因为没有及时反省反省自己!随着时间的流逝和获得感变多?性格就变得肆意妄为用几个成语形容就是不守公德背信弃义!在没有道德的素质言论自由,并传播有趣的独灵魂和肉体的唯一结晶我们都知道肉体是可视化的但我们的灵魂是无形的,看不见也摸不着肉体是灵魂的容器灵魂是肉体的操纵员肉体和灵魂在一起的时候也就代表着我们还活着,有生命。当然它们也会有分开的那一天的到来,夜雨丨盛友红大声喊出敬礼!大声喊出敬礼!盛友红西瓜瓤颜色淡了,味儿也淡了七月的流火没能让西瓜在成熟的季节更甜我还是日啖一斤医生说能降火尤能治疗隐疾好似一头饥饿的牛,无法发出一种无法表达的怒吼似要把书柜掀翻,命里的姻缘,是有定数的人生在世命也运也布大道于天下施善念于人心虽无修行身亦是修行人洞明修行苦方开修行门月色上西楼往事乱不休秋来落叶随风去,缘散人情伴水流举杯欲饮千分醉,忘却心头万种愁爱难留,恨难留半生风小玫瑰绽放世界杯中国U17女足能带来更多惊喜吗?中国队首战告捷新华社图下同正在印度孟买进行的U17女足世界杯,中国国少队在首场比赛中2比1战胜上届亚军墨西哥队,同时收获自组队以来首场正式国际比赛的胜利。终场哨响那一刻,小姑娘们无中国天地联合观测到迄今最亮伽马射线暴GRB221009A爆发时刻在LHAASO视场中的位置。中科院高能所供图中新社北京10月16日电(记者孙自法)中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)负责建设和运行管理的中国高海拔中国牵头,正式发布记者今天从工业和信息化部了解到,我国牵头制定的首个自动驾驶国际标准正式发布。记者了解到,这一国际标准是我国组织德国等二十多个国家的专家,共同对自动驾驶测试场景标准体系做了系统规划,