近期，我校数理信息学院物理学科梁奇锋教授与北京交通大学王熙教授、日本国立材料研究所Dmitri Golberg教授团队合作，在掺杂石墨烯的钠离子电池特性研究上取得重要进展，相关成果以《“Protrusions” or “holes” in graphene: which is the better choice for sodium ion storage?》为题在《Energy & Environment Science》上在线发表。
《Energy & Environmental Science》期刊由英国皇家化学会创办，影响因子25.427，在能源和环境科学领域400余份期刊中排名第一。北京交通大学王熙教授、日本国立材料研究所Dmitri Golberg教授和梁奇锋教授为本文共同通讯作者，梁奇锋教授负责理论部分的工作。
据悉，相较于锂离子电池，钠离子电池得益于钠元素在海水中的巨大储量而成为近年来离子电池的研究热点。由于钠离子的半径比锂离子大，因此在电极材料中难以嵌入、脱出，这成为制约钠离子电池性能提高的难点。该研究工作发现，通过P掺杂可极大提升少层石墨烯负极材料的钠离子性能——其储钠容量可从纯净石墨烯的50mAh•g-1提高到374 mAh•g-1。结合第一性原理计算和原位透镜电镜技术，该研究发现在石墨烯中掺杂的P原子形成了突出于碳原子平面的突起构型（Protrusion）。这些突起构型显著地增加了石墨烯的层间距，从而降低了钠离子进出石墨烯的势垒；同时，突起的P原子在石墨烯表面形成锚位，增大了其与Na离子的作用强度和范围。相较于通过在石墨烯中增加空洞（hole）来提高钠离子活性的做法，该工作则提供了利用突起构型的崭新思路。
近年来梁奇锋教授开展了利用第一性原理计算模拟离子电池性能以及新材料的理论设计等研究工作，同时还与实验组合作研究开发新型的离子电池材料。此前已有相关工作发表在《npj Asia Materials》、《Nano Letters》等重要材料科学期刊上。文章链接详见：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ee/c7ee00329c#!divAbstract。
