[01016044]过渡金属氧化物电极材料的新型界面结构设计与性能调控

该项目属于材料科学中的材料物理与化学领域。过渡金属氧化物的界面结构是提升太阳电池光电转换效率和锂离子电池性能倍率性能和循环性能的关键，但传统电极界面结构主要基于电极/导电基底界面致密层或碳包覆，电极材料存在光吸收系数较低、电荷传输能力较差(TiO₂)，以及易粉化和循环稳定性差(MoO₃)等问题，限制了它们在光电和储能领域中的应用。该项目抓住过渡金属氧化物(TiO₂,MoO₃)界面结构决定其器件性能这个关键科学问题，提出了原位制备过渡金属氧化物复合材料的新方法，揭示了金属衬底界面上微纳组装、光电反应等过程的动力学新机制，建立了TiO₂₃嵌/脱锂过程中结构转变的储锂新机制，为高性能过渡金属氧化物材料界面结构设计和性能调控提供了新思路。主要科学发现如下： 1.提出了界面原位集成构筑TiO₂光阳极的新方法。 基于TiO₂表界面调控策略，在金属衬底上采用“溶胶-凝胶”法并结合“水热法”，原位集成构筑系列具有光散射效应的TiO₂/Ti集成光阳极复合薄膜，实现了三维柔性染料敏化太阳能电池对光的高效吸收，提升了光生载流子的传输速率，这对高效新型柔性太阳电池的潜在应用具有指导意义。 2.发展了基于界面调控同质TiO₂和异质钼基氧化物复合材料构筑的新策略。 首次提出“多重-联动”表面改性策略及反向异质原子扩散模型，为构筑同质TiO₂和异质MoO₃基高性能锂离子复合负极材料提供普适性方法，极大提升了TiO₂和钼基氧化物锂离子电池负极材料的活性与界面结构稳定性，解决了同时提升锂离子扩散及电子传输效率的科学问题，为高性能锂离子电池负极材料的结构设计、可控合成和功能调控提供了新思路。 3.揭示了金属衬底界面上微纳组装、光电反应等过程的动力学新机制及储锂特性 阐明了新型集成光阳极的结构设计、电荷分离、传输和收集等对光电性能的影响规律，揭示了TiO₂集成光阳极界面电荷传输和收集的作用机制；首次提出钼基氧化物电极结构的“粉化-重构”模型，揭示了系列钼基氧化物异常电荷存储机制，为今后开发基于界面调控高性能负极氧化物材料提供新的视角和思路。 项目组在J.Mater.Chem.A,Electrochim Acta等发表SCI收录论文29篇，被SCI他引达712次，其中8篇代表性论文累计被他引330次，单篇最高他引177次；论文被Chem.Soc.Rev,Adv.Mater,J.Am.Chem.Soc.等国际权威刊物、国际著名材料化学家Fred Wudl和胡良兵教授等国际著名学者正面引用；成果被4部英文专著收录；获国家授权发明专利20项，其中3项实现了技术转让，为解决工业节能减排、能源、环境等问题提供了新的解决思路及途径。