近期，我校能源材料與化工學院電池關鍵材料與服役安全團隊在鋰硫電池、水系鋅離子電池、鈉離子電池、固態電解質、光熱電催化及SERS傳感器研究等多個前沿方向取得一系列突破性進展，多項研究成果發表于《Advanced Functional Materials》《Journal of Energy Chemistry》《Rare Metals》《Angewandte Chemie International Edition》《Journal of Colloid and Interface Science》《Carbon Energy》《Sensors and Actuators: B. Chemical》等中科院一區top期刊。
1.鋰硫電池
團隊創新性地從中國傳統美食毛豆腐中分離毛霉菌菌絲，并基于該菌絲合成碳亞微帶，用于鋰硫電池改性研究。該研究成果以“Ru Quantum Dots Modified Mucor-Derived Carbon Submicroribbons for Advanced Lithium-Sulfur Batteries”為題，發表在《Advanced Functional Materials》上（DOI: doi.org/10.1002/adfm.202420162）。梁升為第一作者，梁鑫為通訊作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖1 菌絲衍生碳的制備及其在鋰硫電池中的作用機理圖
團隊發現并驗證了WN-Ni2P在提升鋰硫電池性能方面的關鍵作用。相關研究以“In?situ construction of WN-Ni2P heterostructures embedded in nitrogen?doped carbon nanoflakes as lithium sulfide hosts for advanced lithium?sulfur batteries”為題，發表于《Rare Metals》。梁升為第一作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖2 異質結的制備及其微觀形貌結構圖
團隊利用靜電紡絲技術，結合C60和ZIF-67協同改性明膠基納米纖維隔膜，有效抑制多硫化物穿梭，提升電池性能。該研究成果以“C60 Open Access and ZIF-67 synergistically modified gelatin-based nanofibrous separators for Li-S batteries”為題，發表在《Energy Materials》上。同時本論文被評選為2024年《Energy Materials》雜志優秀論文。梁鑫為第一作者及通訊作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖3 逐步靜電紡絲法制備功能隔膜示意圖及文章獲獎人物專訪和獲獎證書
團隊進一步開發了Super P與MoO?/MoS?共摻雜的梯度納米纖維膜。該設計在負極側（純明膠層）促進均勻鋰離子流，在正極側通過物理化學吸附增強多硫化物轉化，為鋰硫電池商業化提供了新思路。成果以“Super P and MoO2/MoS2 co-doped gradient nanofiber membrane as multi-functional separator for lithium–sulfur batteries”為題發表在《Rare Metals》。梁鑫為第一作者及通訊作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖4 Super P與MoO?/MoS?共摻雜的梯度納米纖維膜電化學性能
2.固態電解質
團隊聚焦固態電解質，系統闡述了聚合物基與陶瓷基電解質性能差異，并探討新型固態電解質開發前景及高效結構設計。相關綜述以“Solid-state electrolytes for solid-state lithium sulfur batteries: Comparisons, advances and prospects”為題，發表在《Journal of Energy Chemistry》上。梁鑫為第一作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖5 三類主要固態電解質優缺點總結
3.鈉離子電池
團隊深入研究了高濃度電解液對鈉離子溶劑化結構以及正極-電解液界面（CEI）形成的重要影響，顯著提升了鈉離子傳輸動力學。相關成果以“A comprehensive investigation of solvation structure and cathode-electrolytes interface for sodium-sulfur batteries in high-concentration electrolytes”為題發表在《Journal of Colloid and Interface Science》上。團隊胡磊為通訊作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖6 鈉硫電池中溶劑化分子動力學模擬
團隊通過鈉離子電池負極材料Bi@C的結構設計及其匹配電解液的機理研究，使鈉離子全電池Bi@C//NVP在低至-40℃溫度下也能表現出優異穩定的充放電性能，并深入研究了其高性能低溫儲鈉機制，為推動鈉離子電池的發展奠定了良好的基礎。該成果以“Bi@C nanosphere anode with Na+-ether-solvent cointercalation behavior to achieve fast sodium storage under extreme low temperatures”為題，發表于《Carbon Energy》。團隊劉伶俐為通訊作者，梁鑫為通訊作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖7 （a）Bi@C//NVP全電池的原理圖；（b）Bi@C//NVP全電池的充放電曲線；（c）Bi@C//NVP全電池的循環性能；（d）Bi@C//NVP全電池的倍率性能；（e） Bi@C//NVP全電池在不同溫度下的低溫充放電曲線；（f） Bi@C//NVP全電池在不同溫度下的低溫性能對比。
4.光熱電催化
團隊探索了與光熱材料Co9S8結合后的Ce-NiCo LDH（即Co9S8@Ce-NiCo LDH/NF）在近紅外光照射下的電解水表現。經近紅外激光照射后，Co9S8@Ce-NiCo LDH/NF電極的表面溫度從28 ℃迅速上升到62.5 ℃，而Co9S8@Ce-NiCo LDH/NF電極的活性顯著提高，在近紅外光下表現出令人印象深刻的HER（過電位：η100=144 mV）和OER（過電位：η100=229 mV）性能。與無近紅外光相比，近紅外照射使HER的催化效率提高24.6%，OER提高15.8%。成果以Generic heterostructure interfaces bound to Co9S8 for efficient overall water splitting supported by photothermal為題, 發表在中科院一區期刊《Journal of Colloid and Interface Science》。楊蕾為第一作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖8 電極在近紅外激光照射下的性能，（a）LSV極化曲線；（b）80 mA·cm?2下HER和OER的過電位；（c）近紅外光照射下Co9S8@Ce-NiCo LDH電極的無偏壓I-T曲線
5.SERS傳感器研究
團隊開展研究，在離心管里原位合成Ag納米顆粒溶液，離心自組裝Ag納米顆粒薄膜，獲得一種新型離心管式SERS傳感器，實現食品安全典型污染物的免分離檢測，相關成果以“Centrifugation assembly proceeded tube-based SERS sensor for field-deployable solution detection”為題，發表在《Sensors and Actuators: B. Chemical》上。周寧寧為第一作者，合肥大學能源材料與化工學院為第一完成單位。
圖9 Ag@PP離心式SERS傳感器的制備和檢測示意圖
來源：能源材料與化工學院 編輯：程敏 預審：鄧崇海 審核：賈峰