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广东工业大学Huang, Song刚发表最新成果:用于快速钠离子扩散的高熵过渡金属磷三硫属化合物

论论资讯 | 2024-06-06 1267热度

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High-Entropy Transition Metal Phosphorus Trichalcogenides for Rapid Sodium Ion Diffusion

Huang Song; Qiu Zanlin; Zhong Jiang; Wu Shengqiang; Han Xiaocang; Hu Wenchao; Han Ziyi; Cheng Wing Ni; Luo Yan; Meng Yuan; Hu Zuyang; Zhou Xuan; Guo Shaojun; Zhu Jian; Zhao Xiaoxu; Li Cheng Chao

Published:2024-06-05
DOI:10.1002/adma.202405170

研究背景

在能源存储领域,高熵策略已被视为一种强有力的手段,用以赋予材料理想的增强功能。这些改进的性能通常归因于熵稳定化或协同鸡尾酒效应。然而,这种无序多组分材料所表现出的性质往往是不可预测的。揭示原子结构与性质之间的精确关联在高熵材料(HEMs)中仍然是一个挑战。

研究内容

本研究结合原子分辨扫描透射电子显微镜环形暗场(STEM-ADF)成像和四维(4D)-STEM技术,直接观察高熵FeMnNiVZnPS<sub>3</sub>中的原子尺度结构和电信息。研究发现,FeMnNiVZnPS<sub>3</sub>中存在非周期性堆叠及高密度应变孤子边界(SSBs)。理论计算表明,这种结构的形成是由于多元素系统中不同金属-硫键的不平衡应力所致。有趣的是,电场在界面区域两侧集中,并逐渐向二维平面减弱,产生独特的电场梯度,显著促进了离子扩散速率。因此,高熵FeMnNiVZnPS<sub>3</sub>展示了优越的离子扩散系数(10<sup>-9.7</sup>-10<sup>-8.3</sup> cm<sup>2</sup> s<sup>-1</sup>)和高倍率性能(30 A g<sup>-1</sup>时为311.5 mAh g<sup>-1</sup>)。

研究意义

本研究不仅提供了一种理解复杂HEMs原子尺度结构的新方法,而且为复杂多组分材料的性能工程开辟了新途径。通过精确控制和设计原子结构,可以优化材料的电化学性能,这对于开发高性能的能源存储设备具有重要意义。此外,本研究的创新点在于首次揭示了高熵材料中应变孤子边界对电场分布和离子扩散的直接影响,为未来的材料设计和性能优化提供了新的视角。 这项研究发表在《Advanced materials》杂志上,为高熵材料的研究和应用提供了新的理论基础和实验证据,对推动能源存储技术的发展具有深远的影响。

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