先进材料研究团队在Advanced Materials等期刊发表研究成果

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研究团队在电化学能源存储与转换领域取得了系列重要研究进展，分别在Advanced Materials和Energy Storage Materials等国际顶级学术刊物发表了研究成果。

图1 HEO-HoMS材料的设计合成

研究亮点一：多壳层中空结构具有比表面积大、物质传输路径短等优点，使其在能源存储、电磁波吸收、催化、气敏和药物运输等领域都有广泛应用前景。但是多壳层中空结构的复杂性使得其可控合成极具挑战性，尤其涉及多组元材料体系。本团队以水热原位生成的碳微球为模板，首次报道一种中空多壳层(LiFeZnNiCoMn)₃O₄高熵氧化物（HEO-HoMS），并详细研究了该材料的储锂机制和形态演变规律（图1）。HoMS设计显著提高了电极的机械稳定性并改善了电子/离子的传输行为，同时，HEO中丰富的氧缺陷和优化的电子结构加速了Li⁺嵌入/脱出动力学，电极中HEO尖晶石和岩盐物相的存在有助于实现对称的转换反应和可逆的锂存储。得益于HEO组分和微结构的协同设计，HEO-HoMS在0.5 A g^-1下循环500圈后仍然具有967 mAh g^-1的比容量和89%的容量保持率，并且在长循环后保持了完整的结构和极小的体积变化。

研究论文“Integrating Hollow Multishelled Structure and High Entropy Engineering for Enhanced Mechano-Electrochemical Properties in Lithium Battery”，在线发表于材料科学领域国际顶级期刊Advanced Materials上（2023年SCI影响因子为29.4，论文链接DOI: 10.1002/adma.202312583），我校材料学部2020级博士研究生刘雪枫为本文第一作者，耐火材料与冶金国家重点实验室雷文副教授和张海军教授为本文共同通讯作者。

研究亮点二：硅氧碳(SiOC)是一种很有前途的锂离子电池负极材料。然而，SiOC的结构组分对Li⁺存储行为的影响，特别是自由碳(C_free)的可控引入及其对电化学性能的影响，仍然是一个需要解决的关键挑战。本团队近期研究发现，R基三乙基氧基硅烷中的R基官能团(仅由碳和氢原子组成)可以通过热分解衍生为SiOC中的C_free相，以实现在SiOC负极材料中可控引入C_free （图2）。在此基础上，采用简便、可扩展的聚合物前驱体法制备了具有特定结构组成和C_free含量的SiOC材料，结合密度泛函理论计算研究了SiOC中C_free对锂离子存储性能的影响规律，证实较高的C_free含量可以构建离子/电子快速迁移的“高速公路”，显著增强SiOC负极的Li⁺动力学。

研究论文“Integrating Hollow Multishelled Structure and High Entropy Engineering for Enhanced Mechano-Electrochemical Properties in Lithium Battery”，在线发表于能源材料领域国际顶级期刊Energy Storage Materials上（2023年SCI影响因子为20.4，DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103194），我校材料学部2021级博士研究生李可琢为本文第一作者，耐火材料与冶金国家重点实验室雷文副教授和张海军教授为本文共同通讯作者。

图2 SiOC的结构表征和硅氧烷中R基官能团的自衍生机理。

上述研究工作得到了省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室、国家自然科学基金等项目资助。