钟胜奎教授、王任衡副教授，AEM观点：电子反转层的MXene诱导构建：通往高导电MOF电极之路

第一作者：张志远

通讯作者：钟胜奎*，王任衡*

单位：中国海洋大学，广西机电职业技术学院，深圳大学

由于金属有机框架（MOFs）的多孔结构和高比表面积，在储能和催化领域展现出了非凡的潜力。然而，导电率差引起反应动力学缓慢使其在充放电过程中存在严重的极化以及锂离子损失，从而使其实际与理论储锂能力之间存在巨大差距。虽然引入导电元素在一定程度上能够增强MOFs的导电性，但有机基团的存在限制了这一提升。相比之下，将MOF与导电材料（如MXene和石墨烯）合成似乎更有效，通过改善表面电导率提升材料的电化学性能。然而，这种方法难以改变MOFs的缓慢本征动力学。在这项工作中，研究人员提出了一种通用的电子反型层构建策略，使得MIL-53(Fe)的电导率得到了数量级的提升。结合实验和计算，在功函数差的驱动下，大量的电子被注入到MIL-53(Fe)表面，导致表面载流子类型反转，使得复合材料的导电率接近金属。同时电子反演层实现了离子和电子的快速传递，使复合材料性能优于其组成部分，达到了“1+1＞2”的效果。此外，电子反演层降低了极化，促进了稳健、均匀且紧凑的SEI形成，确保了周期中的稳定性。这项研究对推动MOF、COF、半导体和绝缘材料在能源科学领域的发展做出了重要贡献。

近日，广西机电职业技术学院广西光储直柔工程研究中心钟胜奎教授，与深圳大学王任衡研究员合作，在国际知名期刊 Advanced Energy Materials 上发表了题为“Unlocking Superior Conductivity in MOF Electrodes via a MXene-Activated Electronic Inversion Layer”的研究文章。

利用Ti₃C₂Tx的负电特性，与阳离子活化的MIL-53(Fe)进行静电自组装，从而将Ti₃C₂Tx表面的电子大量注入MIL-53(Fe)，成功将其表面主要载流子从空穴转变为电子，显著提升了材料的电导率。同时，这种电子注入是局域性的，在次表面诱导形成了P-N结与内建电场，该电场与材料体相的空穴浓度梯度协同作用，共同提升了离子的扩散速率与材料的本征电导率。

由于Ti₃C₂Tx与MIL-53(Fe)之间存在显著的功函数差，Ti₃C₂Tx中的电子在能级平衡过程中流向MIL-53(Fe)。这一过程不仅抬升了MIL-53(Fe)的费米能级，更在其表面诱导产生了关键的“电子反型层”（EIL）。所谓反型，是指材料表面区域的多数载流子类型与体相相反——原本p型的MIL-53(Fe)体相以空穴导电为主，而其表面却因电子大量注入而形成富电子的n型通道。正是这个高迁移率的电子通道，为复合材料提供了跨越式的电导率提升。

得益于EIL诱导的强内建电场与优化的载流子分布，锂离子的传输动力学获得了根本性改善。该电场不仅为锂离子在体相及界面的扩散提供了额外的定向驱动力，显著提升了其表观扩散系数，同时有效降低了离子迁移的活化能垒。这一优化的电荷传输环境，使得锂离子的嵌入/脱出过程更为高效与可逆，从而直接转化为卓越的储能性能：复合材料展现出显著提升的倍率性能与在高电流密度下的高容量保持率，其可逆储锂容量与循环稳定性相较于原始材料及同类复合电极均实现了突破性提升。

EIL对本征电导率的改善使得氧化还原反应电位差明显收窄，从而有效缓解了复合材料在充放电过程中的电化学极化。与此同时，提升的电极动力学协同诱导了更稳定、均匀的固态电解质界面生成，且活性材料本体结构保持更为完整。因此，EIL通过“降低极化”与“稳固界面”的双重作用，从根本上增强了电极在长期深度循环中的结构完整性与反应可逆性，最终实现了循环稳定性的显著提升。

Unlocking Superior Conductivity in MOF Electrodes via a MXene-Activated Electronic Inversion Layer

钟胜奎：博士、二级教授、博士生导师。入选广西壮族自治区高层次人才计划，获“海南省领军人才”等荣誉称号。长期从事新能源材料的开发与应用研究，主持及完成国家自然科学基金、省部级重点重大项目及企业横向课题等20余项。以第一/通讯作者在 Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Mater. Today、Energy Storage Mater.、Adv. Funct. Mater. 等国内外知名期刊发表SCI论文80余篇，授权发明专利10余项，并以第一完成人获海南省自然科学二等奖1项。

王任衡：深圳大学长聘副教授，博士生导师，博士毕业于中南大学，随后在新加坡南洋理工大学陈晓东教授课题组从事博士后科研工作，入选广东省博士博士后100名创新人物、深圳市海外高层次孔雀人才、深圳市高层次人才等，兼任中国科协科技人才奖项评审专家、教育部学位中心学科评估专家、中国有色金属学会新能源材料发展工作委员会委员、深圳市储能标准化技术委员会委员等，担任Chinese Chemical Letters编委、Research\eScience等青年编委。先后主持国家/广东省/深圳市等14余项目，共发表SCI论文100余篇，包括Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.（3篇），Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.(2篇)、Matter、ACS Nano（7篇）、Adv. Funct. Mater.（10篇）、Nano Lett.,、Energy Storage Mater.（3篇）等知名期刊，授权发明专利11项，主要研究方向为光电功能材料与器件、能量转换与存储。

第一作者张志远为中国海洋大学三亚海洋研究院在读博士研究生（硕士毕业于桂林理工大学），在广西机电职业技术学院钟胜奎教授的指导下，依托广西光储直柔工程研究中心平台，开展铁基MOF及其衍生物储锂性能的相关研究。

“光储直柔”团队依托广西机电职业技术学院广西光储直柔工程研究中心，现有核心研究人员18人，其中高级职称8人，博士15人。团队面向国家“双碳”目标与能源结构转型需求，聚焦光储直柔系统中的关键化学储能技术，立足广西特色关键金属资源的高值化利用开展系统研究，致力于攻克高性能、高安全、长寿命储能材料与器件的核心难题。团队重点围绕广西特色关键金属资源，开展高性能电极材料、储能系统智能管理及二次电池循环再生等方向的攻关研究，形成了资源与技术深度融合的特色优势。近年来，团队承担国家自然科学基金、省部级科研项目及校企合作项目30余项，累计到位经费600余万元；在Advanced Energy Materials、Energy Storage Materials 等国内外高水平期刊发表SCI论文40余篇。团队以广西关键金属资源的高值化利用与储能材料系统创新为支点，积极推动光储直柔技术落地，为清洁能源消纳与区域能源转型提供关键技术支撑，致力建设成为立足广西、辐射周边、资源与技术协同发展的高水平储能研发平台。

广西机电职业技术学院广西光储直柔工程研究中心“光储直柔”课题组现面向海内外公开招聘博士、教授等高层次人才。团队依托国家级“双碳”战略背景，聚焦光储直柔系统关键化学储能技术，立足广西特色金属资源高值化利用，致力于攻克高性能、高安全、长寿命储能材料与器件的核心难题。课题组已形成一支由18名核心研究人员组成的高水平团队（其中高级职称8人、博士15人），科研条件完善、平台支撑坚实。我们诚邀在储能材料、电化学、新能源系统及相关领域具有深厚学术背景和创新能力的优秀学者加入，共同推动能源结构转型前沿研究，共创清洁能源未来。