材料学院张海涛在Advanced Functional Materials发表研究论文

Advanced Functional Materials是材料科学国际顶级期刊，以发表材料科学各个方面的突破性研究为主，包括纳米技术、化学、物理学和生物学。期刊以其公平的同行评审、优质内容和高影响力而著称，使其成为国际材料科学界的首选。Advanced Functional Materials的2021-2022年影响因子为19.924。

近期，材料学院杨维清教授团队青年教师张海涛副教授以通讯作者身份在Advanced Functional Materials发表题为“Origin and Regulation of Self-Discharge in MXene Supercapacitors”研究论文，材料学院蒲石硕士生为论文的第一作者。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202208715

论文介绍：

电化学储能技术革新了消费电子领域，正推动着新能源汽车产业的快速发展，并有望促进轨道交通电气化、新能源并网和复杂场景感知技术智能化，是“双碳目标”背景下发展的重点技术和攻关方向。超级电容器由于其高功率特性和优异的循环性能，成为一种重要的电化学储能器件；然而，严重的自放电行为成为限制其大规模市场应用的关键因素之一。实际上，超级电容器自上世纪七十年代实现应用以来，一直存在高自放电率的问题，相比锂离子电池高出近一个数量级。然而，关于自放电机理的研究和自放电率的抑制仍然较为欠缺，目前研究对于自放电的理论解释大多数源于上个世纪九十年代B. E. Conway针对活性炭和RuO₂基超级电容器所提出，超级电容器的高自放电率成为半个世纪以来亟需解决的难题。

我院张海涛副教授长期致力于超级电容器自放电行为的研究，前期研究工作已经在国际著名期刊Journal of Materials Chemistry A (2019, 7, 8633-8640)和ACS Nano (2020, 14, 4916-4924)发表相关研究论文。前一个工作开发出离子限域型型黏土插层液体电解质，从多种途径上抑制了自放电行为，显著地降低了自放电率（为当时文献公开报道的最低自放电率值），这一研究成果支撑其获得了国家自然科学基金面上项目（离子限域效应调控碳基超级电容器自放电行为及其机制研究，项目号：51977185）；后一个工作揭示了离子强绑定效应降低超级自放电行为的作用机理，并建立了混合电势驱动自放电行为的电化学理论方程。

在此基础上，张海涛副教授首先分析了超级电容器高自放电率的背后机制：更高的吉布斯自由能和化学势驱动力，诱导欧姆降、活化控制和扩散控制等多种途径的漏电效应。在分析自放电过程中主导驱动力的基础上，清晰地梳理出麦克烯基超级电容器自放电过程中的三个阶段。提出一种生物热处理方法调控储能材料（MXene）的电性质。通过去除MXene表面弱功函基团-OH，第一性原理理论计算、开尔文探针力显微镜和同步辐射X射线吸收精细结构分析论证了麦克烯表面电子结构的变化，功函数的提高导致更高的零电荷电位，从而显著降低了超级电容器的自放电率，并验证了材料本征电性质演变调控自放电行为在H₂SO₄、KOH和Na₂SO₄等多种电解液体系中的普适性。该研究工作建立了电性质—零电势—自放电行为的关联机制，揭示了储能材料自放电行为受电性质演变的本质影响。这一研究成果为超级电容器自放电行为研究和高性能超级电容器的设计提供了理论指导。

作者简介：

张海涛，副教授，博导，2015年毕业于中国科学院电工研究所。中国科学院百篇优秀博士学位论文获得者，入选西南交通大学雏鹰学者、科技新星。长期从事电化学储能研究，主要研究方向包括超级电容器、锂离子电池、固态离子学、电化学分析及其原位技术。在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Nano Today、ACS Nano、Nano Energy等国际著名期刊发表SCI论文120余篇，H因子42，ESI热点论文1篇，ESI高被引论文9篇；出版专著一本；主持国家自然科学基金、四川省重点科技计划等项目10余项，主研科技部重点研发计划、中央军委科技委重点研发计划等项目；获得授权国家发明专利10余项，完成成果转让4项。入选Journal of Modern Polymer Chemistry and Materials副编辑、Advances in Materials编委、Nanomaterials客座编辑；长期担任Advanced Energy Materials, Chemistry of Materials, Energy Storage Materials, Small等20余个SCI期刊审稿人，获得Chemical Engineering Journal优秀审稿人。