英国伦敦大学学院徐杨课题组综述：具有氧缺陷的金属氧化物在可充放离子电池中的应用

中国科学：化学中国科学化学 2022-05-07

可充放离子电池作为最可靠的储能技术之一，被广泛地应用在各种场合中，小到电动汽车，大到大规模电能储存。尽管大量金属氧化物被用作可充放电池的电极材料，金属氧化物的低导电性和低反应速率在很大程度上限制了电化学性能表现。除了复合碳材料和纳米化结构等手段，大量科学研究发现氧缺陷的存在可以直接调整金属氧化物的固有性能，从而对于材料的最终电化学性能有巨大改变。近日，英国伦敦大学学院化学系徐杨教授课题组在Science China Chemistry杂志上发表综述文章，系统总结了近年来氧缺陷的不同制备方法、表征手段以及在提升金属氧化物电极材料电化学性能中的不同作用。

在本综述中，作者首先归纳讨论了氧缺陷对于金属氧化物的直接作用，主要分为：（1）提高材料的本征导电性；（2）降低反应能从而充分的利用材料本身性能；（3）引入内建电场从而增加离子传输速率；（4）引起相变或阻止相变以稳定反应过程；（5）作为保护涂层减少副反应。

其次，本文讨论了氧缺陷与其他手段的协同作用：（1）与碳材料复合；（2）金属或非金属元素掺杂；（3）材料无定形化；（4）材料结构相变；（5）材料纳米结构化；（6）引入功能性涂层。

另外，氧缺陷金属氧化物的合成路径（包括但不限于无氧环境下的热处理，使用还原剂，等离子体处理）与表征手段（包括但不限于X射线光电子能谱，电子自旋共振，正电子湮灭寿命谱）也被囊括在内。

该综述从多方位立体的角度归纳总结了近年来各种可充放离子电池研究中的氧缺陷金属氧化物，相信在未来，随着材料制备和表征技术的提升以及对可充放离子电池更深入的理解，氧缺陷更丰富的作用、更高效的使用手段以及更多的应用领域也会进入我们视野。

详见：Wei, R., Lu, Y. & Xu, Y. The role of oxygen vacancies in metal oxides for rechargeable ion batteries. Sci. China Chem. (2021). https://doi.org/10.1007/s11426-021-1103-6. 本文将收录在"2021 Emerging Investigator Issue"中，敬请关注。

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通讯作者简介

徐杨博士毕业于中国科学技术大学，师从谢毅院士，现为英国伦敦大学学院化学系助理教授，主要研究领域为钠/钾/高价离子电池电极材料设计与储能机制。课题组致力于推动发展原子排列无序度优化策略，解析电化学离子存储过程中的物理过程和化学反应，以及理解电极材料的构效关系。现主持英国工程和自然科学研究委员会、英国皇家学会、Leverhulme Trust研究项目。曾获MINE优秀青年科学家奖（2019）和英国工程和物理科学研究委员会New Investigator Award （2020）。

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