近日，威廉希尔纪效波教授课题组在提高二元过渡金属氧化物的循环稳定性，激活其可逆转换，优化其储锂性能方面取得新进展，相关研究成果“Revealing the Activation Effects of High Valence Cobalt in CoMoO4towards Highly Reversible Conversion”发表于国际知名期刊Nano Energy(IF=15.548, DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104333)上，纪效波教授为该论文的通讯作者，2017级硕士研究生张杨为该论文的第一作者。

过渡金属氧化合物（TMOs）因其理论比容量高、安全性好、制备简单等优点，被认为是具有前景的锂离子电池负极材料之一。其中，钼基金属氧化物由于其较高的理论比容量，引起了能量储存领域研究者的广泛关注。该类材料不遵循层状石墨电极中锂离子嵌入/脱嵌的机制，而是进行转换反应。因此，与大多数理论比容量较大的过渡金属氧化物一样，钼基金属氧化物作为锂离子电池的负极也面临着两个严重的问题。第一个问题是该材料在充放电过程中体积变化较大，导致容量显著下降，从而致使电极材料粉化，循环性能差。另一个缺点是Li2O的不可逆转换，导致容量损失。

针对上述问题，该团队研究了钼基双金属氧化物材料钼酸钴（CoMoO4: 980 mAh g-1），相比于单金属氧化物来说，双金属氧化物具有更为复杂的金属组分，金属价态更多，有利于与锂的转换反应。该研究通过控制水热反应时间，得到了不同尺寸的一维棒状钼酸钴材料。并证明了该材料在首圈放电过程中不可逆转化为金属钼和金属钴，并在随后的充放电循环中进一步演化为Co/CoO与Mo/MoO3的氧化还原反应。通过非原位循环伏安法测试，检测到该体系中二价钴离子向高价钴的转换。高价钴在该体系中不仅提供了额外的容量，并且促进了MoO3与Li2O之间的电化学可逆反应，激发了不可逆容量的释放。在该研究中，更小的尺寸分布范围可以有效地限制体积膨胀，降低电子转移电阻，提高结构稳定性，促进电荷快速转移。此外，优化的尺寸效应可以进一步促进二价钴离子向高价钴的转换，从而实现更优异的循环稳定性。该材料在1A g-1的电流密度下循环400圈后，仍表现出接近1000mAh g-1的容量，容量保持率接近100%。这项工作有望对钴离子价态变化过程以及其对储锂性能的影响提供深入了解，为优化过渡金属氧化物的电化学性能提供思路。