日前，我院杜菲教授课题组与美国俄勒冈州立大学、加州大学河滨分校、阿贡国家实验室等研究团队合作，在新型二次电池载流子拓扑嵌入脱出行为等研究方向取得重要进展。相关研究成果以“Reversible intercalation of methyl viologen as a dicationic charge carrier in aqueous batteries”为题，于2019年7月19日在线发表于Nature Communications。第一作者为我院2016级凝聚态物理专业博士研究生、吉林大学十佳研究生魏芷宣博士。
近年来，以非金属离子为载流子的水系二次电池体系以其在价格成本和电池安全性上的优势，被视为规模储能领域中的理想选择。区别于金属离子与宿主电极材料间的离子键作用，非金属载流子与电极之间的相互作用规律和拓扑嵌入脱出机制更是吸引了学术界广泛关注。该研究团队以芳香族甲基紫精离子（Methyl Viologen）和有机物分子3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PTCDA）分别作为载流子和电极材料，构建了水系全有机物电池体系，并深入探究了非金属离子二次电池体系内的化学键本质，以及离子迁移和电荷储存过程。
值得指出，该研究提出的新型载流子-甲基紫精离子（Methyl Viologen）-具有目前二次电池研究中最大的离子半径。尽管如此，体系仍然展示出了良好的可逆比容量和出色的倍率性能。这一发现挑战了我们对于离子电池嵌入脱出反应活性受限于载流子半径大小的传统思维观念。研究表明：甲基紫精离子的嵌入不仅仅引起了宿主有机物材料的结构相变；同时，载流子嵌入脱出对电极材料分子内的化学键也产生了重要的影响，电荷转移过程更大程度上依赖于载流子与电极之间的极性共价键。该研究成果极大的拓展了二次电池载流子选择的空间，同时也为新型规模储能电池体系的设计提供了新思路。该工作得到了省校共建项目、省科技厅自然科学项目和国际合作项目等基金的资助。
论文全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11218-5
杜菲教授研究团队在储能电池新体系与关键电极材料的研发等方面开展了大量研究工作，并取得了一定的创新性研究成果。近五年来，以通讯作者身份发表学术论文36篇，含Nature Communications 2篇、Advanced Energy Materials 3篇、Advanced Functional Materials 1 篇、ACS Energy Letters 1篇；ESI高被引论文3篇，个人H-index 30。部分研究成果被MaterialsView, ChemistyView等科学媒体亮点报道。
