近日，我校化学与材料科学学院尚怀芳老师与北京大学夏定国教授团队合作，在国际上首次提出了通过自旋状态的调制抑制富锂锰基正极材料的电压滞后问题。研究成果以题为“Regulating the Potential of Anion Redox to Reduce the Voltage Hysteresis of Li-Rich Cathode Materials”发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)上（SCI一区，影响因子：16.383）。尚怀芳老师在这一发现的实验合成和数据分析方面作了重要贡献，为该论文的共同第一作者。该研究成果得到了国家自然科学基金项目和中科院国际教育合作项目的资助。

电压滞后的特征体现在材料的充放电曲线不重叠，或者说材料的能量效率达不到100%，而富锂锰基材料的能量效率只有85%，这代表充放电过程中会发生大量的能量损耗，这部分能量一般都以热能的形式释放，因此对材料的安全性能会有非常重要的影响。目前，对于富锂锰基材料的电压滞后改性工作还未见报道。我校尚怀芳老师与北京大学夏定国教授团队合作，首次通过调节过渡金属的自旋电子结构成功改善了富锂正极材料的电压滞后问题。

该研究受OER催化剂机制启发，设计合成了两种分别具有高低自旋态的钌酸锂正极材料，成功证明这两种相中过渡金属处于不同的自旋态。进一步通过理论计算结合分子轨道理论表明，孤立e_g电子一方面由于J-T畸变可以缩短过渡金属与氧的间距提高共价性，另一方面由于e_g电子和氧p电子具有极其类似的轨道对称性，因此，可以让阴离子反应的平台发生下降从而改善了电压滞后现象。通过调节过渡金属的自旋态形成孤立e_g电子降低了阴离子电荷补偿的平台并且将富锂正极的能量效率提高到93%。该研究结果不仅揭示了电压滞后的本质，而且对设计和制备高能量密度的层状富锂正极材料具有重要的指导意义。

全文连接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11640

（来源：科技部、化学与材料科学学院）