研究背景：

近年來，便攜式電子設備的推廣及高度集成化、小型化的發展趨勢，對可充電鋰離子電池性能的要求越來越高。對鋰離子電池而言，負極材料是影響電池整體性能的重要因素。作為傳統商用鋰電池負極的石墨材料，其較低的比容量阻礙了鋰離子電池的進一步發展。

因此，尋找具有高比容量和優異循環及倍率性能的新型負極材料對于開發下一代高性能鋰離子電池至關重要。作為一種典型的四元固溶體材料，（Ga_1-xZn_x）（N_1-xO_x）（GaZnON）具有穩定的六方纖鋅礦結構。此外，電負性較小N原子的引入，使得Zn 3d和N 2p軌道之間存在相互作用，從而在不改變導帶底位置的情況下，降低價帶頂的位置，提高電子轉移效率。

此外，更穩定的化學性質也有利于其在惡劣的電化學反應環境中使用。但是，傳統固相氨化反應會導致GaZnON納米顆粒形態和組分的分布不均勻。同時，較小的比表面積阻礙GaZnON與電解液的充分接觸，導致可參與反應的活性位點相對較少，制約其在鋰離子電池中的進一步應用。

為解決這些問題，王家海教授團隊聯合香港科技大學邵敏華教授合作，在國際知名期刊Nano Energy上發表題為“Simultaneous interfacial interaction and built-in electric field regulation of GaZnON@NG for high-performance lithium-ion storage”的研究工作，孫長龍博士后第一作者，廣州大學第一單位，王家海教授和邵敏華教授為共同通訊作者。

工作亮點：

該工作利用氧化石墨烯表面含氧基團作為金屬離子吸附活性位點的原理，得到石墨烯復合GaZnON納米顆粒，利用內建電場的調控作用，增強GaZnON與石墨烯間界面耦合作用，并充分利用GaZnON的結構優勢與石墨烯良好導電性之間的協同效應，增強GaZnON電化學性能。理論計算研究進一步表明，石墨烯復合GaZnON表面電子發生聚集并進行重新分布，從而促進電荷遷移，增進表面耦合作用，通過表面工程設計的界面結構，不僅能增強GaZnON表面電子密度，還能極大提高充放電過程中的電荷遷移擴散效率，降低鋰離子遷移能帶壁壘，增強電池倍率和循環等電化學性能。

文章鏈接

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107369

團隊負責人簡介

王家海，廣州大學化學化工學院教授。團隊研究方向包括能源催化材料、鋰電池、生物化學傳感器、納米孔單分子計數器和5G通訊。代表性成果發表在Advanced Materials、Biosensor and Bioelectronics、J. Am. Chem. Soc.、Nano Letters 等國際知名期刊上。