近日，我院张道洪教授/李婷教授团队在转换型储镁正极材料研究方面取得了重要研究进展，研究成果以“Favorable Orthorhombic Phase Cobalt Diselenide Cathode for Rechargeable Mg Batteries: Elucidating the Significant Impact of Crystal Structure on Conversion-Type Mg-Storage Reactions”为题发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》。我院2022级硕士研究生张厚安为论文第一作者，张道洪教授、李婷教授与武汉大学徐飞副教授为论文通讯作者，国产精品va在线观看不为论文第一署名单位。
可充镁电池（RMBs）具有资源丰富、安全性高等优势，在规模储能领域展现出潜在的应用前景。然而，Mg2+较高的电荷密度和强极化作用导致其在大多数无机晶格中可逆脱嵌困难，严重制约了正极材料性能的提升。转换型储镁正极突破传统嵌入机制对晶体结构的严格限制，借助可逆的结构转变实现较高的储镁容量，因此被视为一类极具潜力的RMBs正极材料。然而，目前针对这类材料的研究多集中于纳米结构设计，而对其晶体结构的关注相对较少。这主要是因为转换型电极在反应过程中会不断发生结构变化，其初始晶体结构对反应活性的影响往往被忽视。值得注意的是，这种影响对于单价离子（如Li+、Na+）存储反应可能并不显著，但对于多价离子存储活性的影响则尤为值得关注。
本研究通过设计合成两种具有不同晶体结构的CoSe2材料，系统揭示了晶体结构对转换储镁反应的影响。实验以ZIF-67为前驱体硒化衍生制备了正交晶相o-CoSe2和立方晶相c-CoSe2。结构表征发现，这两种材料具有极为相似的微观形貌与化学组成，但o-CoSe2表现出更低的比表面积。储镁性能测试表明，o-CoSe2在储镁容量、倍率性能、电荷转移电阻以及固态Mg2+扩散系数等方面均显著优于c-CoSe2，展现出更高的储镁活性。机理表征结合理论计算进一步揭示，o-CoSe2与c-CoSe2在储镁可逆性及反应机制上存在显著差异。具体而言，正交相CoSe2在（010）晶面表现出更高的反应活性，在放电过程中通过CoSe2→Co9Se8→Co0/MgSe的多步转化过程实现可逆储镁反应，同时伴随Se‒Se键断裂及Co3+/Co2+→Co0的协同氧化还原过程。相比之下，由于立方相紧密的空间原子排列的限制，c-CoSe2无法形成中间相，仅发生部分Co3+/Co2+转换，且Se‒Se键的活性较低。该研究系统阐明了晶体结构对转换型储镁反应活性的关键影响，为设计多价离子转换储存电极提供了重要启示，即在关注纳米结构设计的同时，还需充分考虑晶体结构的作用。
张道洪教授领衔的超支化聚合物团队入选了湖北省自然科学创新群体、湖北省科技创新团队和国家民委创新团队。依托催化转化与能源材料化学教育部重点实验室和超支化聚合物合成与应用技术湖北省工程研究中心，主要围绕超支化聚合物“基础理论-关键技术-工程化与应用示范”创新链，聚焦新能源风电与汽车用关键材料以及能源存储与转化材料开展基础与应用研究。团队目前主持国家自然科学基金重点项目/面上/青年项目18项、省重大重点和企业委托项目30余项，获授权国际、国家发明专利80余件。获中国石油和化学工业联合会科学技术发明奖一等奖2项、湖北省科学技术发明奖一等奖2项。
李婷教授长期从事电化学能源材料与新型二次电池技术研究，包括锂离子电池、钠离子电池与可充镁电池等领域。近年来主持国家自然科学基金项目2项和湖北省自然科学基金面上项目2项以及中央高校业务经费专项4项等。以第一作者或通讯作者在ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater.、Small、Nano Research等期刊发表研究论文60余篇。
文章信息：Hou-an Zhang, Panfei Xiao, Changchun Hu, Donggang Tao, Daohong Zhang*, Yuliang Cao, Ting Li*, Fei Xu*, Favorable orthorhombic phase cobalt diselenide cathode for rechargeable Mg batteries: elucidating the significant impact of crystal structure on conversion-type Mg-storage reactions, Advanced Functional Materials, 2025, 2426006, DOI: 10.1002/adfm.202426006.
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202426006
作者：李婷 责编：王立 审核：祁帆 发布：张朝冲 发布时间：2025-03-18