东北大学冶金学院李犁教授团队在国际顶级期刊Nature Communications发表研究成果
文章导读
当你还在用传统固相法反复调试烧结温度却收效甚微时，东北大学团队只用了一步额外操作——引入双氰胺释放氨气——就让钠离子电池正极的倍率性能飙升6.7倍。这看似取巧的“降温”策略，实际上通过氧空位瓦解了困扰行业多年的Jahn-Teller畸变，还顺手缩短了钠离子迁移路径。更颠覆的是，这套方法对所有锰基层状氧化物都通用。你以为高性能电极材料必须靠昂贵的新物质？这次突破可能让你重新审视那些被忽视的“废气”。
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近日，东北大学冶金学院李犁教授课题组在钠离子电池正极材料领域取得重要突破，相关Research Article成果以《An ammonia-induced universal synthesis approach for manganese based layered oxides》为题，发表在国际顶级学术期刊《Nature Communications》上。该研究提出一种基于氨气诱导的锰基层状氧化物通用合成策略，对传统固相反应进行改进，仅额外引入双氰胺开发出简便且通用的合成方法，实现了富锰层状过渡金属氧化物综合性能的显著提升。李犁教授为唯一通讯作者，东北大学为第一完成单位。
研究中，团队利用原位变温X射线衍射（XRD）技术、原位XRD技术、X射线吸收精细结构光谱、热重分析等表征手段，系统分析了双氰胺分解释放的氨气对材料结构与性能的调控机制，发现在烧结过程中双氰胺释放氨气获得氧空位，可降低晶化温度缓解材料生长过程中的内部应力，助力高质量晶体结构形成。密度泛函理论计算证实，氧空位通过电子非局域化有效抑制了Mn³⁺八面体的Jahn-Teller畸变，脱钠过程中能隙减小且费米能级附近态密度显著增大。结合最大熵法分析的中子衍射数据可视化了经氧空位优化缩短的钠离子迁移路径。
通过电化学测试表征，这些结构优势使优化后的Na1/2MnO2材料应用于钠离子电池正极时获取了提升6.7倍的倍率性能、循环稳定性显著增强的结果，且该策略在其他锰基层状过渡金属氧化物中同样适用，验证了方法的普适性，为高性能钠离子电池电极材料的定向设计合成提供了新思路。东北大学分析测试中心为本工作材料结构表征，特别是在精细微结构电镜表征方面提供了重要支撑。
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东北大学可以的！