近日，南京工业大学孙庚志教授团队利用姜-泰勒（Jahn-Teller）效应对α-MoO3晶体进行非晶纳米化改性，制备了负载无定形富氧空位A-MoO3-x纳米颗粒的高性能杂化纤维， 相关成果 为题发表在 Research 上 。

　　研究背景

　　纤维超级电容器具有功率密度高、充放电速率快、使用寿命长以及可加工性强的特点，作为柔性能源存储设备在柔性电子领域具有可观的应用前景。

　　如何在引入赝电容型活性材料的同时调控其纳米/晶体结构、缺陷类型以有效提升纤维电极的比容量、循环稳定性及倍率性能，仍是当前可穿戴储能领域的难题。

　　研究进展

　　孙庚志教授团队利用姜-泰勒效应自上而下合成了均匀负载无定形A-MoO3-x纳米颗粒的杂化纤维电极。

　　研究发现，晶态α-MoO3带与氧化石墨烯（GO）发生反应，转变为平均粒径为20.0 nm的纳米颗粒。

　　高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像表明A-MoO3-x纳米颗粒内部存在明显的晶态/非晶态相界面（图1）。

　　

　　图1 A-MoO3-x/rGO杂化纤维的制备过程与微观结构表征

　　非原位TEM表征记录了α-MoO3在反应过程中的尺寸变化。XPS谱图则表明，随着反应的进行，GO表面含氧官能团逐渐消除，α-MoO3中Mo5+组分含量增加（图2）。

　　

　　图2 制备A-MoO3-x/rGO杂化纤维过程中发生的形貌与化学组分变化

　　不对称的电子云结构导致MoO6八面体倾向发生晶格畸变以获得晶体场稳定化能，这便是所谓的姜-泰勒效应。

　　α-MoO3的非晶纳米化过程可归因为：姜-泰勒中心Mo5+的持续积累增强了MoO6八面体的畸变，导致α-MoO3晶体结构破坏，最终转变为A-MoO3-x纳米颗粒（图3）。

　　

　　图3 Jahn-Teller畸变诱导α-MoO3的非晶纳米化

　　A-MoO3-x/rGO杂化纤维电极可在0.3 A cm-3的电流密度下提供921.5 F cm-3的高体积比容量，相比纯rGO纤维电极提升了近2.5倍。在实际应用中，以A-MoO3-x/rGO电极组装的纤维基超级电容器具有107.0 F cm-3的体积比容量、优异的倍率性能和长循环稳定性，并可被编进织物为小型电子设备供电（图4）。

　　

　　图4 A-MoO3-x/rGO杂化纤维电极与组装的超级电容器的电化学性能

　　未来展望

　　该项工作首次提出了基于姜-泰勒效应实现α-MoO3自上而下非晶纳米化的合成。A-MoO3-x/rGO杂化纤维电极表现出优异的电化学性能。该工作为设计用于柔性能源存储系统的高性能纤维电极提供新的研究思路。

　　作者简介

　　

　　孙庚志，南京工业大学先进材料研究院教授、博士生导师、江苏省特聘教授。围绕柔性可穿戴电子研究方向。

　　近年来在Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials、Materials Today、ACS Nano等国际期刊发表SCI论文120余篇，其中3篇入选ESI高被引论文，1篇入选Angewandte Chemie-International Edition热点文章。

　　主持并完成多项国家自然科学基金及江苏省自然科学基金项目。长期担任Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Energy Materials等国际期刊的审稿人、国家基金委项目函评专家。

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　　来源：微信公众号“Research科学研究”