近期，信息科學(xué)與工程學(xué)院秦羽豐副教授以通訊作者在《Physical Review Applied》和《Materials》連續(xù)發(fā)表研究論文和綜述文章，利用實(shí)時磁性測量揭示FeO納米顆粒的表面鐵磁性、綜述雜化增強(qiáng)過渡金屬硫族化合物負(fù)極材料電化學(xué)性能的研究進(jìn)展。

一、在期刊《Physical Review Applied》發(fā)表題為“Surface Ferromagnetism of FeO Nanoparticles Revealed by Operando Magnetoelectrochemical Measurements”的研究論文。

FeO是典型的反鐵磁材料，然而由于表面對稱性改變等原因，其表面磁性備受關(guān)注。利用水熱法制備γ-Fe2O3材料，作為鋰離子電池負(fù)極。根據(jù)轉(zhuǎn)換反應(yīng)機(jī)制，當(dāng)放電至0V，還原生成Fe納米顆粒，進(jìn)而充電至3V，氧化生成FeO納米顆粒。Fe納米顆粒的尺寸約為2.24nm，表面原子比為60%，所以FeO顆粒的磁性主要來源于表面磁性。經(jīng)原位實(shí)時磁性測量，F(xiàn)eO顆粒在室溫具有明顯鐵磁性，表明FeO納米顆粒的表面為鐵磁性。

圖1 γ-Fe2O3在制備態(tài)、放電至0V、充電至3V的磁滯回線及磁化強(qiáng)度隨充放電電壓的變化

為了排除未完全反應(yīng)的γ-Fe2O3、Fe，以及粘合劑和導(dǎo)電劑等對磁性的影響，制備了反鐵磁α-Fe2O3、FeSe2、FeS2材料和順磁氧化鐵自支撐電極，一系列對比實(shí)驗(yàn)表明FeO顆粒的鐵磁性來源于顆粒的表面鐵磁性。通過FC/ZFC、M-T、M-H（5K）等磁性測量，F(xiàn)eO納米顆粒居里溫度達(dá)754 K，觀察到顆粒內(nèi)部（反鐵磁）和顆粒表面（鐵磁）明顯的交換偏置，交換偏置場為760 Oe。

本研究提供了一種利用鋰離子電池負(fù)極的氧化還原反應(yīng)制備無污染、具有較大比表面積FeO納米顆粒得實(shí)驗(yàn)方法；原位實(shí)時磁性測量不僅揭示了FeO納米顆粒的表面鐵磁性，而且為研究負(fù)極材料氧化還原反應(yīng)過程和機(jī)理提供了有效工具。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)秦羽豐副教授和青島大學(xué)李強(qiáng)教授為共同通訊作者，該研究得到國家自然科學(xué)基金和山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.054022

二、在期刊《Materials》發(fā)表題為“The Review of Hybridization of Transition Metal-Based Chalcogenides for Lithium-Ion Battery Anodes”的綜述論文。

過渡金屬硫族化合物作為鋰離子電池負(fù)極材料被廣泛研究，然而其較低的電導(dǎo)和充放電過程中的體積膨脹制約了其實(shí)際應(yīng)用。在納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和碳基材料摻雜之外，基于多種成分的協(xié)同作用，過渡金屬硫族化合物的成分雜化可以有效增強(qiáng)其電化學(xué)性能。在某種程度上，雜化可以增強(qiáng)各成分的優(yōu)點(diǎn)、抑制各成分的缺點(diǎn)，從而提高雜化材料的整體電化學(xué)性能。本綜述主要討論了四種成分雜化，雜化材料相對于單一成分表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能（比容量、倍率、循環(huán)壽命等）。最后指出成分雜化增強(qiáng)電化學(xué)性能的機(jī)理有待通過第一性原理及分子動力學(xué)模擬進(jìn)一步深入討論，而且指出非晶材料具有各向同性和缺陷等特點(diǎn)，非晶/結(jié)晶材料的結(jié)構(gòu)雜化有待進(jìn)一步系統(tǒng)研究。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)王林輝為第一作者、秦羽豐副教授為通訊作者，該研究得到山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.3390/ma16124448

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波