信息科学与工程学院秦羽丰团队发表揭示FeO颗粒表面铁磁性的新研究进展

近期，信息科学与工程学院秦羽丰副教授以通讯作者在《Physical Review Applied》和《Materials》连续发表研究论文和综述文章，利用实时磁性测量揭示FeO纳米颗粒的表面铁磁性、综述杂化增强过渡金属硫族化合物负极材料电化学性能的研究进展。

一、在期刊《Physical Review Applied》发表题为“Surface Ferromagnetism of FeO Nanoparticles Revealed by Operando Magnetoelectrochemical Measurements”的研究论文。

FeO是典型的反铁磁材料，然而由于表面对称性改变等原因，其表面磁性备受关注。利用水热法制备γ-Fe2O3材料，作为锂离子电池负极。根据转换反应机制，当放电至0V，还原生成Fe纳米颗粒，进而充电至3V，氧化生成FeO纳米颗粒。Fe纳米颗粒的尺寸约为2.24nm，表面原子比为60%，所以FeO颗粒的磁性主要来源于表面磁性。经原位实时磁性测量，FeO颗粒在室温具有明显铁磁性，表明FeO纳米颗粒的表面为铁磁性。

图1 γ-Fe2O3在制备态、放电至0V、充电至3V的磁滞回线及磁化强度随充放电电压的变化

为了排除未完全反应的γ-Fe2O3、Fe，以及粘合剂和导电剂等对磁性的影响，制备了反铁磁α-Fe2O3、FeSe2、FeS2材料和顺磁氧化铁自支撑电极，一系列对比实验表明FeO颗粒的铁磁性来源于颗粒的表面铁磁性。通过FC/ZFC、M-T、M-H（5K）等磁性测量，FeO纳米颗粒居里温度达754 K，观察到颗粒内部（反铁磁）和颗粒表面（铁磁）明显的交换偏置，交换偏置场为760 Oe。

本研究提供了一种利用锂离子电池负极的氧化还原反应制备无污染、具有较大比表面积FeO纳米颗粒得实验方法；原位实时磁性测量不仅揭示了FeO纳米颗粒的表面铁磁性，而且为研究负极材料氧化还原反应过程和机理提供了有效工具。

山东农业大学秦羽丰副教授和青岛大学李强教授为共同通讯作者，该研究得到国家自然科学基金和山东省高等学校科技计划项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.054022

二、在期刊《Materials》发表题为“The Review of Hybridization of Transition Metal-Based Chalcogenides for Lithium-Ion Battery Anodes”的综述论文。

过渡金属硫族化合物作为锂离子电池负极材料被广泛研究，然而其较低的电导和充放电过程中的体积膨胀制约了其实际应用。在纳米结构设计和碳基材料掺杂之外，基于多种成分的协同作用，过渡金属硫族化合物的成分杂化可以有效增强其电化学性能。在某种程度上，杂化可以增强各成分的优点、抑制各成分的缺点，从而提高杂化材料的整体电化学性能。本综述主要讨论了四种成分杂化，杂化材料相对于单一成分表现出较好的电化学性能（比容量、倍率、循环寿命等）。最后指出成分杂化增强电化学性能的机理有待通过第一性原理及分子动力学模拟进一步深入讨论，而且指出非晶材料具有各向同性和缺陷等特点，非晶/结晶材料的结构杂化有待进一步系统研究。

山东农业大学王林辉为第一作者、秦羽丰副教授为通讯作者，该研究得到山东省高等学校科技计划项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.3390/ma16124448

编      辑：万    千 

审      核：贾    波