河北大学，CEJ：Bi2-xSbxS3中Mg2+/Li+共插入对可逆混合电池的动力学及亲液性的协同提升

第一作者：杜毅博

通讯作者：陈松*，杨会颖*，张文明*

单位：河北大学，新加坡科技设计大学

共掺杂型镁-锂离子混合电池（MLIBs）具有较高的电解质利用率和优异的插入动力学特性，近年来受到广泛关注。然而，在可替换的负极结构中，共掺杂策略很少被探索。我们提出了一种阳离子交换策略来优化金属硫化物，使MLIBs具有高比容量、突出的循环稳定性和倍率性能。

近日，河北大学的陈松博士、张文明教授&新加坡科技设计大学的杨会颖教授等，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Synergistic Effects of Kinetics and Lyophilicity Stimulated by Mg²⁺/Li⁺ Co-Insertion in Bi_2-xSbxS₃ toward Reversible Hybrid Batteries”的观点文章。该观点文章通过坚固的空心结构设计和阳离子交换策略，制备了具有突出电化学性能的空心双金属硫化物BixSb_2-xS₃@N-C。DFT计算与动力学分析证实了Mg²⁺/Li⁺在Bi-Sb位点上的优先吸附以及Mg²⁺/Li⁺共嵌入引起的快速迁移动力学，运用COMSOL Multiphysics模拟进一步证明了双金属硫化物在促进离子扩散方面显著的亲液性。

与单金属硫化物相比，双金属硫化物Bi₂S₃和Sb₂S₃的协同作用在有效缓解严重的体积膨胀和加速离子传输动力学方面发挥了强大的作用。这种协同效应是通过形成固溶体（Bi_2-xSbxS₃）和随后的合金化反应实现的。这种固溶体中的铋原子和锑原子的距离非常近，只有零点几纳米。当三价铋原子和锑原子被还原成零价单质原子时，铋和锑原子很可能在原位发生合金化反应，形成铋锑合金纳米粒子。这一反应过程可激发铋和锑之间的强烈协同效应，从而显著提高电极材料的电化学性能。

利用 COMSOL 多物理场仿真建模分析了电极材料在不同放电状态下的亲液性。图3 展示了三种电极材料随着放电时间的增加阳离子的浓度扩散过程，反映了阳离子扩散的相应动力学过程。从比较中可以看出，BixSb_2-xS₃@N-C界面处的阳离子浓度高于其他两种材料，表明其扩散能力更强。同时通过一系列的非原位研究，详细揭示了镁/锂的主要储存机制和结构演化过程，这也是其具有较高比容量的关键因素。

Synergistic Effects of Kinetics and Lyophilicity Stimulated by Mg²⁺/Li⁺ Co-Insertion in Bi_2-xSbxS₃ toward Reversible Hybrid Batteries

陈松博士，硕士生导师，2018年6月获得北京理工大学工学博士学位。2018年7月赴新加坡科技设计大学杨会颖教授课题组进行学术研究。2020年10月到2022年9月就职深圳大学微纳光电子学研究院，并于2021年3月评为深圳市海外高层次孔雀C类人才。2022年10月加入河北大学物理科学与技术学院。主要致力于纳米电极材料的设计构筑及其应用研究、新型电化学储能体系的动力学优化与储能机制探究，并已取得了一系列创新性的研究成果，以第一及通讯作者在Adv. Funct. Mater.、Mater. Today、Nano Lett.、Nano Energy、Nano-Micro Lett.等国际知名期刊上发表论文10余篇。主持并参与国家级、省级项目多项。

杨会颖教授简介：新加坡科技设计大学教授、博士生导师。现任东盟工程院院士Fellow of ASEAN Academy of Engineering and Technology (FAAET)，英国皇家化学学会会士（Fellow of royal society of chemistry (FRSC)），新加坡工程师学会会士(Fellow of Institution of Engineering Singapore (FIES))，美国材料学会,美国工程学会,新加坡物理学会,新加坡化学学会及材料学会会员。她荣获多项国际科技奖项，其中包括2010年获新加坡欧莱雅女性国家科学家奖、2013年获新加坡杰出青年工程成就奖、2013年获陈嘉庚青年发明家奖、2013年获亚细安科学技术学院绿色能源大奖、2014年获美国工程学会杰出青年奖及2018年获新加坡物理学会纳米科技奖，2023年新加坡杰出女化学家奖。杨会颖主持多个国际及新加坡国家重大项目研究课题工作，累计获得新加坡以及国际的各个科研机构科研经费超1500万新币（>7500万人民币）。迄今为止，在Nat. Nanotech.、Nat. Commun.、Matter、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Chem等期刊上发表SCI论文350余篇，他引超过20000次, H指数81。