湖南大学朱智强教授JMCA：自组装单层增强钠离子电池O3型层状氧化物正极的空气稳定性和电化学可逆性

第一作者：何艳

通讯作者：朱智强*，颜子超*

单位：湖南大学

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钠离子电池（SIBs）因其资源丰富性和经济可行性，在大规模储能和低速电动车领域展现出广阔前景。目前，针对钠离子电池已开发出层状金属氧化物、普鲁士蓝类似物（PBAs）和聚阴离子化合物等多种正极材料。其中，O3型层状过渡金属氧化物NaNi_0.33Fe_0.33Mn_0.33O₂（NFM）凭借其高理论容量、环境友好性和易于合成等优势备受关注。然而，该材料在实际应用中仍面临多重挑战：材料在合成及加工过程中不可避免地暴露于潮湿空气，会引发Na⁺通过材料表面的Na⁺/H⁺交换发生自发扩散，这不仅导致活性钠的损失，还会因生成离子绝缘的残碱（如NaOH、Na₂CO₃和NaHCO₃）而阻碍离子传输；此外，循环过程中过渡金属离子的溶解会加速材料结构畸变，进而影响电池稳定性。因此，对NFM材料表面进行优化以提升其加工性能和电化学稳定性具有迫切需求。

近日，湖南大学的朱智强教授和颜子超副教授在Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Self-assembled monolayer boosts the air-stability and electrochemical reversibility of O3-type layered oxides for sodium-ion batteries”的研究工作。该工作提出通过自组装双十六烷基磷酸酯（DHP）在NFM表面构建超薄、均匀且疏水的包覆层。DHP的磷酸基团可与NFM表面羟基形成强化学键，确保包覆层的紧密结合；其双链烷烃疏水尾基通过紧密排列，有效抑制电极的空气劣化与金属离子溶出，进而大幅提高了NFM材料的空气稳定性和电化学可逆性。

具有膦酸基团的DHP分子可通过膦酸基团与NFM材料表面羟基的脱水反应，自发锚定于NFM表面形成共价键。在NFM表面形成超薄、致密且疏水的保护层。

电化学测试进一步表明，DHP包覆层显著提高了NFM材料的空气稳定性，同时还提高了材料的循环可逆性

“Self-assembled monolayer boosts the air-stability and electrochemical reversibility of O3-type layered oxides for sodium-ion batteries”

朱智强：湖南大学化学化工学院教授、博士生导师，入选国家海外高层次青年人才、湖南省科技创新领军人才。主要研究方向为低成本储能电池材料与器件设计。迄今为止，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Natl. Sci. Rev. 等期刊发表SCI论文50余篇，总引用8000余次，H因子45。主持国家重点研发计划青年科学家项目等8项国家级/省部级项目。担任eScience、Carbon Neutralization、Chinese Chemical Letters等期刊编委/青年编委。作为主要完成人，获2016年天津市自然科学一等奖、2020年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学一等奖。

颜子超：湖南大学化学化工学院副教授，博士生导师，岳麓学者。于2020年博士毕业于澳大利亚伍伦贡大学。2021年加入湖南大学，长期从事新型储能电极材料结构设计，储能机制及应用的相关研究。主持承担了国家自然科学基金青年/面上项目、湖南省自然科学基金优秀青年项目等多项国家/省部级项目。以第一作者或通讯作者在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. 等权威刊物上发表多篇研究性论文。