北科大曲选辉教授团队在钾离子电池材料领域取得重要研究进展

近日，北京科技大学新材料技术研究院曲选辉团队在Energy & Environmental Science（IF=30.067）上发表了题为“Zero-strain K0.6Mn1F2.7 hollow nanocubes for ultrastable potassium ion storage”的论文（DOI: 10.1039/C8EE01611A），该工作报道了一种合成均匀中空KMnF-NCs的新方法，并通过控制刻蚀反应时间在晶体结构中创造缺陷与空位。由于K和F空位的存在，这个特殊结构可以容纳由于钾离子插入引起的体积膨胀，进而提高KIBs的容量、倍率性能和循环稳定性。同时，该研究表明KMnF-NCs的晶体结构缺陷对刻蚀反应具有重要影响。在可逆充放电过程中，该片层结构包覆的空心纳米块可以提供较大的比表面积并具有赝电容特性，进而使材料具有展现出高容量、高稳定性和优秀的倍率性能。在400 mA·g-1的大电流密度下循环10000次仍可保持110 mAh·g-1 的容量，容量保持率高达99%。除此之外，该工作通过原位XRD和DFT计算，证明了该材料在脱嵌K离子过程中的体积变化基本可以忽略，表明刻蚀后的KMnF-NCs可以作为一类新的具有良好循环稳定性的零应变KIBs负极材料。北京科技大学刘志伟博士和李平教授为该论文的第一作者，北京大学王伟博士为共同通讯作者。

KMnF-NC结构的合成示意图及微观结构表征

曲选辉教授团队长期从事特种粉体材料制备、粉末冶金近终形成形技术的研究。近年来，该团队在曲选辉、秦明礼和李平教授的带领下，致力于将新型粉体材料技术应用于难熔金属、软磁合金、高导热氮化铝、锂离子和钾离子电极材料及燃料电池催化剂等新材料中。研制的近球形微细（纳米）钨粉、铁粉和氮化铝陶瓷粉满足了粉末注射成形技术的需要，实现了这类难加工材料制品的近终形精密制造。相关产品已在国防和民用领域获得应用，曾获国家发明专利40余项，教育部技术发明一等奖1项（2011年度）、中国有色金属工业科学技术奖（技术发明）一等奖2项（2016、2017年度）。

2016年以来，该团队设计合成了一系列新型的电极材料，显著提高锂离子和钾离子电池循环容量与稳定性。同时，为了降低贵金属催化剂在催化领域的用量，提出了贵金属催化剂纳米晶在碳与非贵金属催化剂表面固定的概念。基于这些新材料，该团队探索了其在电容器，电解水析氢、析氧以及吸波材料等领域的应用。该系列创新性成果发表在Adv. Funct Mater, 2018, Accepted; Energy Storage Mater, 2018, 10, 268. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 11147; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 7053; ACS Appl. Mater. Inter, 2016, 8, 15582; ACS Appl. Mater. Inter, 2016, 8, 25954, Chem. Commun, 2017, 53, 2922等国际知名期刊上。

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