近日，3044am永利集团熊胜林教授课题组，在多元过渡金属氧化物的研究中取得新进展，相关研究成果以“Unusual Formation of ZnCo2O4 3D Hierarchical  Twin Micrspheres as a High-Rate and Ultralong-Life Lithium-Ion Battery Anode Material” 为题在线发表在《先进功能材料》 （Adv. Funct. Mater. 2014，24，early view.），第一作者是博士生柏静。

     近年来，虽然锂离子电池已经在小型的移动通讯工具中得到了广泛的应用，但是由于其负极材料（为石墨基材料）的理论比容量较小（372 mAh g−1），已无法满足日益发展的高储能电源的需求。因此，开发高比容量、长循环寿命和价格经济的新材料替代石墨材料，从而实现锂离子电池性能的提高以满足日益增长的市场需求，已经成为科学家研究的重点。过渡金属氧化物具有较高的理论比容量（800-1200 mAh g−1），被认为是石墨材料的理想替代材料之一。

     目前，过渡金属氧化物多数采用共沉淀制得碳酸盐-煅烧的方法，但只能适用于溶度积常数Ksp相差不大的过渡金属离子，而且该方法制备的目标材料的尺寸多在微米级别，因而对材料电化学性能的提升具有一定局限性。但对高比表面积的纳米材料来说，一方面它会增加电极材料与电解液的副反应，使得材料的稳定性变差，材料的晶体结构容易坍塌；另一方面，纳米尺度材料振实密度较低，导致体积能量密度较低，易团聚，电极加工困难等。微纳复合结构可以在规避微米和纳米材料各自缺点的同时，集合两者的优点，兼具振实密度高和扩散路径短的特点，达到提高电极材料综合性能的目的。鉴于此，该课题组以多元醇为溶剂，选择性控制合成了ZnCo2O4介孔孪生球和立方块微纳结构；同时系统研究了前驱物孪生球的形成过程，根据不同时间形貌的演化，提出了“多步分离-原位溶解重结晶”的晶体生长机制。作为锂离子电池负极材料，该材料展现出了优越的倍率性能和循环性能。正如本文审稿人所说，作者提出并发现了一个有趣而新颖的形成机理，而且目标产物显示了优异的电化学性能。如ZnCo2O4孪生球在10 A g−1 的电流密度下其容量为790 mAh g−1，在长循环测试中，5 A g−1 的电流密度下循环2000圈，其可逆容量可以保持在550 mAh g−1，显示了潜在的应用前景。

     此外，在该课题组结合溶剂热/回流法在材料结构控制方面的优势，以“前驱物模板合成”的原位自牺牲模板的路线合成了Co3O4/rGO/CNTs、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、MnCo2O4、CoMn2O4、Mn1.5Co1.5O4、NiCo2O4、等多种结晶性好、电化学性能优异的二元/三元过渡金属氧化物分级微纳结构。部分研究成果发表在（Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2560-2566.）、Chem. Eur. J.（2013，19, 11310-11319.）、Nano Energy（2013, 2, 1249-1260.）、Nanoscale (2013, 5, 2045-2054.; 2014, 6, 3268-3273.)，J. Mater. Chem. (A) (2012, 22, 23254-23259/14276-14283.; 2013, 1, 10985-10990/15292-15299.)，ACS Appl. Mater. Interfaces (2013, 5, 981-988.; 2014, 6, 24-30.)等刊物上。该课题组相关工作发表后，获得了研究者的关注和评价，如单分散的NiCo2O4介孔微球在ACS Appl. Mater. Interfaces (2013, 5, 981-988.)发表后，已被引用近30次，并入选高引用次数论文（ISI Highly Cited Papers）。

     上述系列研究得到了得到科技部973计划、国家自然科学基金、山东省杰出青年基金/面上基金和山大自主基金等项目资助。

（文： 徐化云）