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 研究背景：

近年來，便攜式電子設(shè)備的推廣及高度集成化、小型化的發(fā)展趨勢，對可充電鋰離子電池性能的要求越來越高。對鋰離子電池而言，負極材料是影響電池整體性能的重要因素。作為傳統(tǒng)商用鋰電池負極的石墨材料，其較低的比容量阻礙了鋰離子電池的進一步發(fā)展。

因此，尋找具有高比容量和優(yōu)異循環(huán)及倍率性能的新型負極材料對于開發(fā)下一代高性能鋰離子電池至關(guān)重要。作為一種典型的四元固溶體材料，（Ga_1-xZn_x）（N_1-xO_x）（GaZnON）具有穩(wěn)定的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。此外，電負性較小N原子的引入，使得Zn 3d和N 2p軌道之間存在相互作用，從而在不改變導(dǎo)帶底位置的情況下，降低價帶頂?shù)奈恢茫岣唠娮愚D(zhuǎn)移效率。

此外，更穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)也有利于其在惡劣的電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境中使用。但是，傳統(tǒng)固相氨化反應(yīng)會導(dǎo)致GaZnON納米顆粒形態(tài)和組分的分布不均勻。同時，較小的比表面積阻礙GaZnON與電解液的充分接觸，導(dǎo)致可參與反應(yīng)的活性位點相對較少，制約其在鋰離子電池中的進一步應(yīng)用。

為解決這些問題，王家海教授團隊聯(lián)合香港科技大學(xué)邵敏華教授合作，在國際知名期刊Nano Energy上發(fā)表題為“Simultaneous interfacial interaction and built-in electric field regulation of GaZnON@NG for high-performance lithium-ion storage”的研究工作，孫長龍博士后第一作者，廣州大學(xué)第一單位，王家海教授和邵敏華教授為共同通訊作者。

工作亮點：

該工作利用氧化石墨烯表面含氧基團作為金屬離子吸附活性位點的原理，得到石墨烯復(fù)合GaZnON納米顆粒，利用內(nèi)建電場的調(diào)控作用，增強GaZnON與石墨烯間界面耦合作用，并充分利用GaZnON的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢與石墨烯良好導(dǎo)電性之間的協(xié)同效應(yīng)，增強GaZnON電化學(xué)性能。理論計算研究進一步表明，石墨烯復(fù)合GaZnON表面電子發(fā)生聚集并進行重新分布，從而促進電荷遷移，增進表面耦合作用，通過表面工程設(shè)計的界面結(jié)構(gòu)，不僅能增強GaZnON表面電子密度，還能極大提高充放電過程中的電荷遷移擴散效率，降低鋰離子遷移能帶壁壘，增強電池倍率和循環(huán)等電化學(xué)性能。

文章鏈接

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107369

團隊負責(zé)人簡介

王家海，廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授。團隊研究方向包括能源催化材料、鋰電池、生物化學(xué)傳感器、納米孔單分子計數(shù)器和5G通訊。代表性成果發(fā)表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 等國際知名期刊上。