低碳含量的Sn/C纳米复合材料是高能量密度钠离子电池（SIBs）的有前景的负极，但在退火过程中存在Sn从碳骨架溢出以及在循环过程中Sn纳米颗粒自发团聚的问题，导致循环稳定性和倍率性能较差。
在此，郑州大学邵国胜（欧洲自然科学院院士）、侯宝华，郑州大学河南先进技术研究院王莺莺等人提出了一种双金属缠结演化策略，并合理设计合成了由多孔碳骨架封装、碳含量仅约为11.1%的独特相分离Sn/Bi异质结构（Sn/Bi@C）。
引入的铋不仅通过形成异质结构和稳定的Bi–O–C键，有效抑制了退火过程中纳米颗粒从碳骨架溢出；同时，基于复杂的相变和异质结构分离负功的原位纳米化过程，逆转了循环过程中的纳米颗粒自发团聚，显著提高了结构稳定性并加速了反应动力学。
因此，Sn/Bi@C在半电池和全电池中均表现出优异的倍率性能和长循环寿命。本研究详细探讨了铋在结构形成与演化中的双重调节作用与机制，为设计高性能SIBs合金负极提供了建设性见解。
图1. 机制研究
总之，该工作提出了一种双金属缠结演化策略，并通过将Bi引入Sn-MOF前驱体，合成了一种碳含量仅约为11.1%、由多孔碳骨架封装的相分离Sn/Bi异质结构。更重要的是，通过原位/非原位结构表征和理论计算揭示了Sn/Bi异质结构的形成与演化机制。研究表明，Bi发挥了双重调节作用，显著增强了材料的结构稳定性和电子/离子传输。
具体作用如下：
1）通过形成相分离Sn/Bi异质结构和稳定的Bi–O–C键，抑制了退火过程中的纳米颗粒溢出，确保了结构完整性；
2）由于复杂的相变和Sn/Bi异质结构分离负功，通过原位自演化形成更小的纳米颗粒，逆转了循环过程中的纳米颗粒自发团聚。
因此，制备的Sn/Bi@C负极最终实现了极其稳定的循环性能（例如，在10 A g⁻¹下循环3000次后容量保持率为77.0%）和优异的倍率性能（例如，在10 A g⁻¹下容量为386.5 mA h g⁻¹）。
得益于Sn/Bi@C负极快速稳定的钠存储性能，组装的Sn/Bi@C||NVPOF全电池实现了300次的长循环寿命和340.7 Wh kg⁻¹的超高能量密度。本工作为合理设计SIBs用高性能低碳含量合金型负极提供了新视角。
图2. 电池性能
Decoupling Dual Regulatory Roles and Mechanisms of Bismuth in Low-Carbon-Content Sn Anode for Fast and Stable Sodium Storage, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202513942
王莺莺，直聘副研究员，硕士生导师。主要从事锂/钠/钾离子电池和超级电容器电极材料的研究，以通讯/第一作者已在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials 和 Journal of Materials Chemistry A 等国际权威期刊上发表多篇SCI论文；2篇被评选为ESI top 1%高引用论文。
侯宝华 郑州大学，材料科学与工程学院，副教授 主要从事储能材料与器件的相关研究。主持了国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金特别资助、中国博士后科学基金面上项目、郑州大学青年拔尖高层次人才专项等多项研究课题；申请发明专利8项，已授权4项；已在Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater.等国际权威期刊上发表多篇SCI论文。
邵国胜 郑州大学，材料科学与工程，教授 面向国家能源战略需求，以功能定向理论预报材料配方为学术重点，通过“理论设计先行-实验验证-工艺优化”，实现低成本高效率材料合成和加工。发展“裁剪材料学”、多功能材料及器件、半导体薄膜与器件、新能源材料及应用器件。主持国家自然科学基金项目三项，主持省厅级科研项目十余项，已获得英国国家级资助超过400万英镑。以第一作者在Nature、Nature Energy、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等顶级学术期刊发表学术论文400余篇，总被引数超过15000次，H-index超过65。
