南理工王文超/谢冰星/陈曦联合贵州大学谭元标教授发表Small综述文章：解析材料分析技术在钠离子电池用普鲁士蓝类似物中的应用

第一作者：谢冰星

通讯作者：谢冰星*，谭元标*，陈曦*，王文超*

单位：南京理工大学，贵州大学

普鲁士蓝类似物（PBAs）近年来被视为钠离子电池中最具商业化前景的正极材料之一。然而，其产业化进程仍面临诸多挑战且进展缓慢。为推进PBAs的研发进程，本篇综述立足商业化视角，系统概括了材料分析技术在低成本铁/锰基PBAs的化学成分、价态以及结构研究中的应用进展。特别针对铁/锰基PBAs的结构解析技术，将分析维度覆盖至晶体结构、电子结构、形貌结构、分子结构以及电化学界面结构等多个层面。这些分析技术为揭示铁/锰基PBAs的本征材料特性提供了有力支撑。更重要的是，本篇综述创新性地将构效关系解析与储钠机理研究融入前述技术分析框架内，形成有机整体。本篇综述旨在作为操作指南，助力科研人员快速且清晰地开展普鲁士蓝类似物研究，从而加速钠离子电池的商业化进程。

近日，来自南京理工大学的王文超教授、谢冰星讲师、陈曦讲师与贵州大学的谭元标教授合作，在国际知名期刊Small上发表题为“Understanding the Applications of Material Analytical Techniques in Prussian Blue Analogues for Sodium Ion Batteries”的综述文章。该综述文章从多维度解析了各种材料分析技术在钠离子电池用普鲁士蓝类似物研究中的应用，同时融入汇总了普鲁士蓝类似物材料在构效关系和储钠机理研究方面的近期进展。

首次为低成本铁/锰基PBAs的研究，系统性地构建了一个多维度、全链条的材料分析技术框架。该框架并非简单地罗列技术，而是以“成分-价态-结构”为核心主线，逻辑清晰地串联起从宏观化学组成到微观电子结构的近二十种先进表征技术。更重要的是，文章将分析维度从传统的晶体结构，创新性地拓展至电子结构、形貌结构、分子结构及电化学界面结构五个层面，形成了一个立体的分析体系。这一框架的建立，如同一张精密的“技术地图”，指导研究者如何针对PBA材料的特定科学问题（如容量衰减、相变机制），精准选择并组合运用多种分析技术，从而由表及里地揭示其内在的构效关系与储钠机制，极大地提升了研究的效率与深度。

论文超越了常规综述对技术原理的介绍，着力于深度阐释如何利用这些分析技术来揭示PBA材料的核心“构效关系”和“失效机制”。全文将技术应用与机理解析有机融合，通过大量实例展示了分析数据如何直接服务于性能优化。例如，利用in situ XRD实时捕捉充放电过程中的相变行为，阐明循环稳定性差的根源；通过XPS和EIS分析 循环后的电极界面，揭示过渡金属溶解、CEI层组成等导致容量衰减的关键界面问题；结合TG与电化学性能，明确了晶格水含量与热稳定性对电池性能和安全性的决定性影响。这种将“技术表征”与“机理解析”紧密关联的论述方式，使分析技术不再是孤立的工具，而是成为理解材料行为、诊断电池“病因”、并指导高性能PBA材料设计的强大手段。

文章具有鲜明的应用导向和商业化视野。在材料选择上，文章开宗明义，重点关注具有巨大商业化潜力的低成本铁/锰基PBAs，而非所有类型的PBAs，这使得综述内容更加聚焦，对推动钠离子电池的实际应用具有更强的指导意义。在技术遴选上，不仅涵盖了ICP、XRD、SEM等实验室常规技术以确保实用性，还特别强调了in situ/operando表征技术的巨大价值。通过展示in situ XRD、in situ Raman、operando Mössbauer等技术如何实时、“动态”地捕捉材料在工作状态下的结构演变、价态变化和分子振动信息，文章有力地证明了这些先进技术对于揭示传统ex situ方法难以发现的亚稳态、中间过程及真实反应机制至关重要，为设计高稳定性、长寿命电池提供了关键见解。

文章的结尾并未止步于总结，而是提出了富有洞察力的前瞻性展望，为PBAs研究和钠离子电池商业化指明了未来方向。展望聚焦于三个关键层面：首先，呼吁发展更先进的原位表征技术（如in situ TEM, TXM, NMR），以在更微观尺度上实时观测裂纹扩展、失效区域等动态过程。其次，提出结合理论模拟与仿真（如COMSOL多物理场模拟），从理论上分析钠离子浓度分布和应力演化，用以指导优化材料结构设计，缓解循环过程中的机械应力，提升结构稳定性。最后，强调了面向商业化应用的无损检测技术（如X射线CT、中子散射、超声检测）的重要性，以期实现对实际电池内部状态、失效起源和安全风险的精准监控与评估。这些展望将推动研究从实验室基础认知向产业化应用质量控制与安全保障纵深发展。

“Understanding the Applications of Material Analytical Techniques in Prussian Blue Analogues for Sodium Ion Batteries”

王文超教授简介：南京理工大学新能源学院教授、博导，入选国家级（海外）青年人才项目，先后主持国家自然科学基金面上项目、青年项目和江苏省人才攻关联合体子项目，担任中国可再生能源学会光化学专委会青年委员。2020年获香港大学物理化学博士学位，师从David Lee Phillips教授。随后于香港大学郭正晓教授课题组从事博士后研究。已发表SCI科学论文40余篇，其中以通讯作者或第一作者发表文章包括Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、ACS Catal.、Appl. Catal. B等高水平期刊。目前主要研究方向包括：（1）光/电催化水分解制氢；（2）光（电）催化废水净化；（3）其他小分子（如O₂、CO₂）转化。课题组网站https://njustmcec.simdif.com/

陈曦讲师简介：2020年获得中国科学院大学福建物质结构研究所博士学位，2021年加入南京理工大学，现为新能源学院讲师。目前主要从事面向能源存储与转换应用的纳米结构材料研究。

谭元标教授简介：贵州大学材料与冶金学院教授，主持或参与国家自然科学基金项目、贵州省联合基金、贵州省基础研究计划等项目20余项。2016年于燕山大学材料科学与工程学院获得博士学位。已发表SCI科学论文50余篇，其中以通讯作者或第一作者发表文章包括Corros. Sci.、Mat. Sci. Eng. A、Metall. Mater. Trans. A等高水平期刊；获授权中国发明专利6项。目前主要从事金属材料成形加工微观组织调控与力学性能以及钠离子电池研究。

谢冰星讲师简介：2021年获哈尔滨工业大学化学工程与技术专业博士学位，2021年加入南京理工大学，现为新能源学院讲师。目前主要从事电极材料设计与制备、电解质调控及其在锂/钠离子电池中的应用研究。

本实验室主要从事太阳能催化转化、电催化转化和离子电池等方向的研究。目前团队拥有国家级青年人才1人（教授），省级人才4人（讲师）。本课题组先后承担科研项目10余项，其中国家自然科学基金3项、江苏省自然科学基金2项等。本课题组截止2024年发表论文100余篇，包括Energy Environ. Sci., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Environ. Sci. Technol. ，Adv. Funct. Mater.等。