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化学院宋溪明团队孙志佳、葛昊等开发出碳材料氧化物诱导的金属氧化物中空结构无模板构筑法

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中空微纳米结构功能材料因其结构特点而具有多种优异物理和化学性能,在混合超级电容器 (HSCs)、锂离子电池 (LIBs)、析氢/析氧电催化 (HER/OER) 等电化学能源相关领域具有广泛的应用前景。经典的中空结构材料合成通常涉及硬模板和软模板的利用。然而,模板法通常会遇到合成过程耗时和模板去除工艺复杂且难以除尽等难以克服的障碍。因此,在实际应用中,不使用模板直接合成中空结构材料是首选。多种不同机理的无模板中空结构材料构筑方法已经得到发展,如奥斯特瓦尔德熟化、柯肯达尔效应、表面保护腐蚀法、电化学置换法等。然而,目前每一种机制所对应的无模板法都只适用于特定的体系,欠缺规律性和普适性。另一方面,解决金属氧化物及氢氧化物不良导电性问题仍然是发挥其中空微纳米结构优异性能不可避免的挑战,尤其是作为电极材料时。

最近,化学院“绿色合成与先进材料制备化学”辽宁省重点实验室宋溪明团队在相关研究中偶然发现,氧化碳纳米管能够诱导金属氧化物中空微纳米结构的形成,并通过优化实验条件成功地制备了中空球二氧化铈/多壁碳纳米管复合材料 (HS-CeO2/MWCNTs),进而拓展对这一发现的研究,采用氧化石墨烯和活性炭诱导其它金属氧化物中空结构的形成,最终开发了一种利用碳材料氧化物诱导中空结构形成的导电中空金属氧化物复合物制备的无模板普适方法。将HS-CeO2/MWCNTs用于超级电容器电极材料的研究表明,该材料具有优异的电化学性能,其丰富的Ce3+和Osur可以提供容易接触的活性位点,显著促进荷电物种快速扩散和反应;其独特的含有高密度中空球CeO2和导电碳纳米管的三维穿插结构具有优异的电荷存储能力。

该项研究成果以“Versatile Template-Free Construction of Hollow Nanostructured CeO2 Induced by Functionalized Carbon Materials”为题,2019年4月在线发表在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A(影响因子:9.931)上,辽宁大学博士研究生孙志佳为第一编辑,辽宁大学葛昊副教授、澳大利亚纽卡斯尔大学马天翼教授(现为辽宁大学教授)和辽宁大学宋溪明教授为通讯编辑。

      文章链接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/TA/C9TA03067K#!divAbstract



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