近日，省部共建国家重点实验室和材料学院新能源团队在新型储能材料的开发方面取得重要进展，2项研究成果在国际能源顶级期刊Nano Energy (IF:19.069，中科院一区)同期在线发表。2篇论文第一作者和通讯作者为刘卯成副教授。

成果一：Boosting the alkali metal ions storage performance of layered Nb2C with a molecular welding strategy（分子焊接策略提升二维层状结构Nb2C的碱金属离子储存性能）。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522008722

MXenes因其高电导率、特殊的二维层状结构和丰富的表面官能团等特点，是极具发展潜力的碱金属离子电池材料。然而，作为典型的离子插入型储能材料，MXenes存在着层状结构易于堆叠、离子嵌入过程体积膨胀明显、离子扩散速率缓慢等缺点。特别是对于半径较大的Na+、K+等碱金属离子，缓慢的离子扩散速率和严重的体积膨胀是制约MXenes储能倍率和循环稳定性的瓶颈因素。

鉴于此，新能源材料团队刘卯成副教授课题组联合江苏大学刘宝博士、滑铁卢大学罗丹博士和陈忠伟院士创造性提出了有机分子焊接法，将1,3,5-苯三甲酸(BTC)分子焊接插层于Nb2C层间。焊接插层的BTC分子对Nb2C的二维层状结构具有柱撑/牵引的双重作用。柱撑作用扩大Nb2C的层间距并阻止碱金属离子脱出时Nb2C层间距的减小，防止体积收缩；而牵引作用则可阻止碱金属离子嵌入时Nb2C层间距的过度扩张，防止体积膨胀。实验结果证明：BTC分子焊接不仅扩大了Nb2C的层间距，而且显著提升了其层结构稳定性，从而有效改善了碱金属离子的存储倍率和循环稳定性。该论文报道的有机分子焊接法为制备高倍率和超长循环寿命的二维储能材料提供了新策略。

成果二：Design on modified-zinc anode with dendrite- and side reactions-free by hydrophobic organic-inorganic hybrids for ultra-stable zinc ion batteries（疏水性有机-无机复合修饰层显著提升水系锌离子电池中锌金属负极的循环稳定性）。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522008825

水系锌离子电池由于高安全性、成本低廉、制备工艺简单等优点而备受关注。然而，锌金属负极上不可控的枝晶生长和副反应严重制约了锌离子电池的循环稳定性。因此，如何阻止锌金属负极的枝晶生长和副反应，是目前锌离子电池研究的难题之一。

刘卯成副教授课题组和我校柔性引进的阙郁伦教授采用疏水性聚偏二氟乙烯（PVDF）和有序介孔硅分子筛（SBA15），在锌金属负极表面构建了疏水性PVDF-SBA15修饰层，实现了对锌负极的协同保护。疏水性PVDF有效阻止了锌负极与电解质中水分子的直接接触，显著缓解了水分子参与的析氢和锌腐蚀等副反应；具有序介孔结构的SBA15可诱导锌离子的均匀传输和镀覆/剥离，抑制了锌枝晶的生长。实验结果证明，疏水性PVDF-SBA15修饰层对锌枝晶生长及副反应有显著的协同抑制作用。PVDF-SBA15@Zn|| PVDF-SBA15@Zn对称电池在3 mA cm-2电流密度下循环1650小时，仍保持着均匀的锌镀覆/剥离。PVDF-SBA15@Zn||V2O5全电池在1000次循环后，容量保持率仍高达82.14%。

以上两项研究成果得到了国家自然科学基金（No.52062030）、青海省应用基础研究（2021-ZJ-737）、兰州理工大学红柳优秀青年人才支持计划等项目的资助。（撰稿：周宏伟，审核：石玗）

作者简介：

刘卯成，副教授，硕士生导师。主要从事超级电容器、水系锌离子电池、碱金属离子电池和碱金属电池等电化学储能材料与器件的研究。先后承担国家自然科学基金2项、甘肃省杰出青年科学基金、甘肃省自然科学基金、青海省应用基础研究项目以及企业技术开发等科研项目。2016年获得甘肃省杰出青年基金，2018年入选兰州理工大学红柳优秀青年教师支持计划。以第一或通讯作者在Nano energy, Energy Storage Materials, Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces和Journal of Energy Chemistry等高水平期刊上发表SCI收录的中科院二区以上论文30余篇，获批国家发明专利5项，2项已完成技术转让。曾获得中国有色金属科技论文一等奖、甘肃省高校科技进步一等奖、甘肃省优秀博士学位论文奖、兰州理工大学优秀毕业论文指导教师、兰州理工大学“三育人奖”等多项荣誉。指导硕士研究生获得第十七届甘肃省李政道奖学金、甘肃省优秀硕士学位论文和多项研究生国家奖学金；指导本科生以第一作者发表多篇SCI收录科研论文，获得首届全国大学生可再生能源科技竞赛全国二等奖、“互联网+”大学生创新创业大赛甘肃省银奖、兰州理工大学本科毕业生校级答辩一等奖3项。

（转自兰州理工大学官网）