题   目: 基于锂插乘技术的材料制备与机理研究

主讲人: 曾志远（博士）

主持人: 李晶泽（教授）

简  介:

曾志远，男，1983年1月出生，中南大学材料物理专业本科，浙江大学材料系硕士，新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院博士。现在美国劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究。长期从事二维硫族化物及其复合纳米材料的合成，锂离子电池负极材料的原位和非原位研究。在单层硫族化物，锂离子电池和原位透射电镜等领域开展了多项开拓性研究，取得了多项创新成果，近五年以第一作者或共同一作在国际著名学术期刊Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., Adv. Mater, Energ. Environ. Sci.发表学术论文17篇，他引6050次，获得2012年度国家自费留学生奖学金。

本次报告主要围绕锂离子电池的工作原理来进行材料研究，如材料合成，机理研究和能源方面的应用。在材料合成方面，二维过渡金属硫化物（TMDC）是层状纳米材料，其超薄组装结构诱发出许多奇特性质；新型TMDC的制备与应用已成为化学、物理学、材料科学研究的热门方向之一。TMDC的常规制备方法产率低、耗时长、质量差、适用窄。为了解决这些问题，我们发明一种新的，通用的锂离子电池放电插锂加超声振荡的方法来量产制备单层纳米片状材料如MoS₂, WS₂, TiS₂, TaS₂, ZrS₂,石墨烯，同时也能制备多层片状材料如BN, NbSe₂, WSe₂, Sb₂Se₃ 和 Bi₂Te₃。与传统化学法插锂相比，电化学插锂具有产率高，制备时间短，室温反应等优点；并且能够通过锂离子电池放电曲线对反应进行实时监测，以便精确控制插层锂离子的数量，避免插层复合物分解。机理研究方面，我们开发了一系列基于透射电镜技术的液体样品电化学池，利用美国国家电镜中心的透射电镜原位观察锂离子电池在商业化的液相锂离子电解液LiPF₆/EC/DC中电极表面所发生的电化学反应。首次在透射电镜中观察到固体电解质界面膜的生成，锂枝晶的生长和溶解，电解液在电极表面的分解等的动态过程。在此基础上，引入具体的电池材料如二硫化钼和锂片，首次记录了二硫化钼与电解液反应过程中所发生的溶解、消失的动态过程。而且，利用先进的分析电镜技术，如快速能量色散X射线谱，四维-纳米电子束衍射谱等，全面理解了二硫化钼锂化产物，固体电解质界面膜的厚度、元素、颗粒分布等信息。涉及能源方面的应用，新型复合/杂化材料的特性是由于协同作用引起其各组成成分性质/功能的增强，以及杂化造成的复合相之间的耦合作用而引发新的性质和功能。基于此目的，我们首次利用溶液法制备的二维MoS₂纳米片作为模板在常温常压下实现钯，铂和银纳米结构的外延生长，这些贵金属纳米结构在（001）面的MoS₂上主要是沿（111）和（101）取向外延生长。这种铂和MoS₂的复合纳米材料在负载同样质量的催化剂的情况下比商业化铂催化剂表现出更高的析氢电化学活性，显示出潜在的催化应用价值。

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