烟台大学研发新型石墨烯气凝胶，提升硒锰铁硒化物储锂性能

背景介绍

过渡金属硒化物因其理论容量高、环境友好和资源储量丰富等特点，一直被认为是下一代锂离子电池潜在的负极材料。然而，其循环过程中巨大的体积效应会导致电极结构破坏和导电性差等缺陷，将导致较差的循环稳定性及倍率性能。本文采用SiO2辅助模板法合成了空心硒/锰铁硒化物纳米球（Se/MnFe₂Se₄），并采用三维多孔石墨烯气凝胶改性，制备出Se/MnFe₂Se<>4/rGO复合材料。制备的复合材料为增强锂储存提供了多种优势：首先，空心纳米球可以缩短离子/电子扩散途径，扩大表面积，缓解部分体积膨胀；同时，将硒元素引入复合材料以提高其导电性，并通过参与充放电过程提供额外的容量；此外，三维多孔石墨烯气凝胶提供了更多的活性位点，提高了电导率，缩短了离子和电子的传输路径，并有效缓解了体积变化引起的应力集中。优化的Se/MnFe₂Se₄/rGO电极材料在0.1 A·g^-1电流密度下循环200圈获得961.3 mAh·g^-1的可逆比容量。在1.0 A·g^-1下循环2500次后，获得638.7 mAh·g^-1的可逆比容量。这项工作为电极材料电化学性能的改良提供策略指导，将促进高性能锂离子电池与其他储能器件的进一步发展。

文章亮点

1.首次合成空心硒/锰铁硒化物纳米球复合材料;

2.用3D多孔石墨烯气凝胶改性Se/MnFe2Se4纳米球用于锂离子电池负极;

3.双金属硒化物的巨大容量变化得到有效抑制;

4.Se/MnFe₂Se₄/rGO复合材料在1.0 A·g^-1下稳定循环2500次后获得638.7 mAh·g^-1可逆比容量；

内容简介

日前，烟台大学环境与材料工程学院杜伟/侯传信教授课题组在Rare Metals上发表了题为“Hollow selenium/ferromanganese selenide nanospheres decorated with 3D porous graphene aerogel for enhanced lithium storage performance”的研究文章，利用三维多孔石墨烯气凝胶改性Se/MnFe₂Se₄中空纳米球储锂性能。

采用SiO2辅助模板法合成了空心硒/锰铁硒化物纳米球（Se/MnFe₂Se₄），并采用三维多孔石墨烯气凝胶改性，制备Se/MnFe₂Se₄/rGO复合材料。优化后的Se/MnFe₂Se₄/rGO样品表现出优异的倍率、容量及循环性能。

全文小结

1.设计的空心纳米球，引入的硒单质和三维多孔石墨烯气凝胶的协同效应有效提高了锰铁硒化物导电性；

2.三维多孔石墨烯气凝胶有效抑制了铁锰硒化物容量变化问题；

3.复合材料优异的动力学特征带来良好的倍率性能；

4.本工作的策略为开发新一代高能量密度锂离子电池提供了理论及路线指导。

文献链接

Ji, XY., Chen, BJ., Jiang, HY. et al. Hollow selenium/ferromanganese selenide nanospheres decorated with 3D porous graphene aerogel for enhanced lithium storage performance. Rare Met. (2025). https://doi.org/10.1007/s12598-025-03621-3

作者简介

侯传信，男，烟台大学环境与材料工程学院教授。研究方向主要包括：锂/钠离子电池电极材料及器件、电磁吸收剂及金属空气电池电极材料；山东省青创团队负责人，主持国家自然基金、山东省重大基础研究项目、企业重大技术联合攻关等多项科研项目，在Nano-Micro Letters，Advanced Energy Materials，Journal of Materials Science & Technology，Energy Storage Materials等国际知名刊物上已发表SCI论文100余篇，其中一作、通讯作者SCI论文53篇，累计20篇论文入选ESI高被引论文；H指数：42；i10指数：78；文章总引用次数：6900余次(Google Scholar)；申请人连续入选2023年版、2024年版“全球前2%科学家榜单”(World’s Top 2% Scientists)；目前担任ES Materials & Manufacturing（Citescore2023: 14.4）执行编委、Carbon Neutralization 青年编委。