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[转载]FOE |前沿进展(封面文章):以酞菁铜和全氟酞菁铜为模型体系研究氟化对亲钠位点的促进作用

已有 156 次阅读 2022-6-27 07:59 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

FOE | 新加坡国立大学-天津大学福州联合学院陈伟团队:以酞菁铜和全氟酞菁铜为模型体系研究氟化对亲钠位点的促进作用

(Organic Optoelectronics专刊文章)

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第一作者:刘袁、连旭

通讯作者:陈伟

通讯单位:新加坡国立大学-天津大学福州联合学院、新加坡国立大学

Probing fluorination promoted sodiophilic sites with model systems of F16CuPc and CuPc  

Yuan Liu, Xu Lian, Zhangdi Xie, Jinlin Yang, Yishui Ding, Wei Chen

2022, 15(2): 19.https://doi.org/10.1007/s12200-022-00026-3

2期封面.PNG

研究背景

钠金属电池因其高理论容量(1166 mAh/g)、低氧化还原电位(−2.71 V vs. SHE)、高稳定性、天然钠储量丰富和成本低等特点而受到广泛关注。然而,枝晶的生长会导致较差的电池性能和严重的安全问题,阻碍了其商业应用。为了稳定钠金属负极,人们开发了各种方法来优化固体电解质界面层(SEI)并调节钠的电镀/剥离行为。其中,开发负极主体材料和添加电解液添加剂以形成保护层是简单而有效的方法。为了实现先进负极主体材料和电解液添加剂的合理设计,了解金属钠与这些有机材料之间的相互作用过程具有重要意义。

文章简介

钠金属负极的界面保护对钠金属电池的开发至关重要。目前,对于金属负极的研究主要集中于锂金属负极,而钠金属负极的研究较少,且相关材料设计多仿照锂金属负极。然而,对于同一种材料,在锂金属负极和钠金属负极的作用可能不同甚至相反。另外,由于电池系统的复杂性,且电解液成分和副反应多种多样,对金属负极的研究主要着力于提升电池性能,而对其界面反应机理的研究仍然不足,且较难得到直接证据。因此,利用原位实验手段、简化实验体系、直接原位地揭露钠金属负极和电解液添加剂(或主体)之间的相互作用过程,对于钠金属负极保护所需的电解液添加剂及主体材料设计具有极其重要的意义。

新加坡国立大学-天津大学福州联合学院陈伟教授研究团队的博士生刘袁、博士后连旭等人创造性地将原位界面研究方法与钠金属负极的保护联系起来,进行了对Na/CuPc(酞菁铜)和Na/F16CuPc(全氟酞菁铜)界面上相互作用过程的原位研究,揭露了氟化对亲钠位点的促进作用,这为含氟电解液添加剂和钠金属负极主体的设计提供了帮助,相关工作于2022年4月28日以Probing fluorination promoted sodiophilic sites with model systems of F16CuPc and CuPc 为题发表在Frontiers of Optoelectronics 期刊上。 


总结和展望

以CuPc和F16CuPc模型分子,采用原位XPS/UPS和DFT计算,研究了氟化对亲钠位点的促进作用。研究发现,Na原子倾向于与CuPc中的内部吡咯N原子作用,而在F16CuPc中,则倾向于与外侧桥联N原子及其相邻的对称F原子作用。此外,由于F原子的吸电子效应导致F16CuPc内部吡咯N原子的电子亲和力更强,在Na/F16CuPc界面处观察到更强的Na原子与内部吡咯N原子之间的相互作用。由于Na原子向两种分子的电子转移,两种分子中的中心Cu离子都会被还原为一价。该模型体系研究揭示了Na/CuPc和Na/F16CuPc界面处的反应过程,特别是氟化对亲钠位点的影响,从而为含氟电解质添加剂和钠金属负极主体材料的设计提供了思路。


关于本文更多详细解读,见https://mp.weixin.qq.com/s/ixGRi6ISBNxx20GNftPozA


作者介绍

陈伟, 目前是新加坡国立大学(NUS)化学系和物理系的教授。他于2001年在南京大学(中国)获得化学学士学位,并于2004年在新加坡国立大学化学系获得博士学位。陈伟教授长期聚焦于新型功能材料(如石墨烯/二维材料)表界面调控研究,及其在半导体电子器件,光电器件,类脑计算器件等方面的应用,以及用于能源和环境研究的界面控制纳米催化。已发表超过300篇高水平论文,文章被引超过2万余次,H-index 75,并多次入选全球高被引科学家。陈伟教授曾荣获2009年新加坡物理学会纳米技术奖, 2012年新加坡青年科学家奖, 以及2020年新加坡化学会Mitsui Chemicals-SNIC Industry Award。

刘袁, 于2019年在武汉大学(中国)获得化学学士学位,目前正在新加坡国立大学(NUS)攻读化学博士学位。目前的研究兴趣包括有机半导体中碱金属储存的机理研究和通过表面技术对碱金属负极的界面保护。

连旭, 目前是新加坡国立大学(NUS)化学系研究员。他于2013年在浙江大学(中国)获得化学学士学位,2021年在新加坡国立大学获得化学博士学位。目前的研究兴趣包括氧化铟模型催化机理研究和通过表面技术研究半导体中碱金属储存机理。


课题组简介

陈伟教授的表面和界面实验室于2009年1月在新加坡国立大学化学系和物理系成立。实验室目前的研究兴趣包括新型功能材料(如石墨烯/二维材料)表界面调控研究,及其在半导体电子器件,光电器件,类脑计算器件等方面的应用,以及用于能源和环境研究的界面控制纳米催化。其研究得到了新加坡教育部、新加坡研究基金会(NRF)以及新加坡科技局(A*STAR)项目以及新加坡国立大学的支持。

网站:http://www.chenweilab.com/


期刊简介

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国施普林格(Springer)出版公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一,以网络版和印刷版两种形式出版。由北京大学龚旗煌院士、华中科技大学张新亮教授共同担任主编。

其宗旨是介绍国际光电子领域最新研究成果和前沿进展,并致力成为本领域内研究人员与国内外同行进行快速学术交流的重要信息平台。该刊的联合主办单位是高等教育出版社、华中科技大学和中国光学学会,承办单位是武汉光电国家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收录。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊项目。





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