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化科院教师在能源材料研究方面取得重要进展

 

发布日期:2016-11-21  浏览次数:350

 

    近日,化学与材料科学学院李亚飞教授与美国德克萨斯大学奥斯丁分校材料科学与工程系的Yu Guihua教授课题组合作,在有机流体电池方面取得重要进展。该成果以“Exploring Bio-inspired Quinone-Based Organic Redox Flow Batteries: A Combined Experimental and Computational Study”为题发表在Chem上。Chem期刊是Cell出版社于2016年全新推出的化学领域旗舰期刊,是官方认定的著名学术期刊Cell的姐妹刊物(Chem, a sister journal to Cell)。Chem每年只发表70篇左右化学领域的优秀科研成果,关注人类共同面临的一些问题与挑战,如能源、环境、饥饿、健康等。李亚飞教授是该篇论文的共同通讯作者之一。

    现代经济社会的高速发展有赖于可持续的能源存储系统。传统的电池电级材料大都是基于金属的氧化还原反应,容易由于受到储量和环境等因素的制约。醌类等有机物由于具有可持续性、易剪裁性和环境友好等特点,成为优秀的电池电级候选材料。在本论文中,李亚飞教授通过高精度量子力学计算发现苯醌、萘醌、蒽醌、菲醌和萘并萘醌等5个有机分子对金属锂(Li)具有较大的吸附能,用作电池的电级材料时可以提供较高的电压。李亚飞教授利用基于Hückel理论的Clar苯环划分规则对五个醌类分子在嵌锂电压上的差异进行了分析,指出正是由于嵌锂后在芳香性上的显著增强,导致苯醌和菲醌具有更高的嵌锂电压。Yu Guihua教授课题组通过实验研究了这5个醌类分子的电化学性能,发现它们在嵌锂电压上的顺序和理论计算结果完全一致。针对实验中观察到的真实嵌锂容量和理论容量的差异,李亚飞教授计算了这5个分子的HOMO-LUMO gap,指出是由于导电性的不同导致了它们嵌锂容量的差别。进一步实验研究表明由这些醌类分子构成的电池具有良好的循环稳定性和倍率性能,有望在将来得到广泛的应用。

    该工作很好地展现了理论与计算化学在设计新型能源材料和理解储能机理中的强大功能,是化科院近期不断推进国际交流和合作的突出成果之一。文章链接:http://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(16)30149-8

 
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