我与科学基金(329)
锂离子电池对于当今种类繁多的电子设备和新能源交通工具是不可或缺的，由于人们对其容量和安全稳定性提出了越来越高的要求，因此其相关的功能材料和电化学性质的研究在化学和材料科学等方面具有重要的基础意义。
浙江大学化学系教授黄建国承担的浙江省自然科学基金项目“作为锂离子电池负极材料的仿生纳米二氧化锡及其相关复合物研究”近期通过了结题验收，该成果有望将其容量提高一倍，尤其是结构稳定性大大提高，让人们放心使用。
黄建国告诉记者，当今日益紧迫的的能源和环境问题使得环保、能量密度高和循环寿命长的锂离子电池的研究和开发具有重要的现实意义，开发其高性能负极材料已成为当前的研究热点之一。目前锂离子电池的负极一般采用碳基石墨类材料，但是其可逆比容量仅为372 mAh/g。硅基纳米结构材料(理论比容量4140 mAh/g)及其复合材料被认为是可能的下一代高容量锂离子电池负极材料，但是其较差的结构稳定性导致电池放电比容量快速衰减。
金属氧化物材料，尤其是锡基金属氧化物，因较高的比容量被认为是取代石墨类材料的下一代锂离子电池的负极材料，但充放电过程中引起的材料体积变化所导致的材料结构崩坏使得其循环稳定性不佳，迄今尚少见有效的解决方法。
黄建国教授和他的研究团队以自然纤维素物质为模板和支架构筑了系列新型的纳米结构金属氧化物及其相应的复合材料，深入研究了其独特的材料结构和用作锂离子电池负极材料的电化学性质。该类系列材料具备自然纤维素物质天成的三维网状多孔结构和较好的导电性，有效缓解了充放电过程中材料的体积变化从而达到了较好的材料稳定性，改善了电池的循环性能。
目前国内外仿生纳米材料用于锂离子电池领域的工作正在引起重视。该研究小组以自然纤维素物质为模板或支架，构建了系列新型纳米结构功能复合材料，探究了其作为锂离子电池电极材料的性能。有关功能材料所具有的来自纤维素物质的三维网状多孔结构有效提高了其作为电极材料的循环稳定性。研究表明自然纤维素物质为具有不同成分的功能纳米材料的构筑提供了一个理想的平台。
通过特定的客体基质对自然生物材料进行结构复制和表面功能化修饰是把其特异的结构和性能特征引入人造材料的有效手段。近年来该研究小组在包括浙江省自然科学基金杰出青年团队项目等基金支持下，设计和构筑了系列基于自然纤维素物质的纳米结构仿生功能材料，并在超疏水表面、传感和催化等方向进行了相应的应用探索。在此基础上，近期通过验收的上述浙江省自然科学基金项目的研究工作为新型高性能锂离子电池电极材料的设计和构筑提供了新的可能，相应仿生材料在能源方面的应用具有可观的前景。
该研究工作拓宽了基于自组装的仿生功能纳米结构材料的研究，同时为新型锂离子电池负极材料的设计、制备和应用提供了一条新的思路。项目实施期间培养博士研究生5 人，硕士研究生1 人；发表研究论文17篇，其中TOP期刊论文4篇；国家发明专利授权5 项。
记者 金乐平 通讯员 王楠 陆丹旸
