何冠杰、马晶、彭尚龙教授联合Angew：打破MXene被视为导电材料的思维范式，MXene诱导引发剂概念的提出

第一作者：陈杰，刘彦鹏

通讯作者：何冠杰*，马晶*，彭尚龙*

单位：兰州大学，南京大学，英国伦敦大学学院，美国华盛顿大学

MXene材料近年来受到了广泛的关注，最近在AZIB中得到了广泛的讨论，其可以作为阳极或者阴极的主体，或者用于阳极和阴极的支撑材料，此外，MXene材料还可以作为阴极、阳极极或者隔膜的人工界面层，或作为液态或凝胶电解质的添加剂。然而，由于其较弱的赝电容存储机制，在通常合成条件或者测试环境下，MXene在水系锌离子电池中可逆容量极低（不考虑部分MXene的相转变机制），在阴极材料的研究中通常作为导电材料引入阴极材料中，然而，大量MXene材料作为导电基底的引入，无法避免地将导致电极整体比容量下降，需要提出一种新的策略与概念，超越MXene材料被视为导电基底或框架的思维范式。

近日，来自兰州大学的彭尚龙教授，与美国华盛顿大学曹国忠教授、英国伦敦大学学院何冠杰教授、南京大学马晶教授合作，在国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表题为“Using MXene as a Chemically Induced Initiator to Construct High-Performance Cathodes for Aqueous Zinc-Ion Batteries”的文章。该文章依据凝胶电解质工程的启发，提出了一种基于MXene材料的原位诱导生长策略，其中少量MXene的引入被视为诱导生长引发剂，调控阴极材料的晶体生长模式。

展示了不同异质成核诱导时间下HVO（T-HVO）的形态，以及XRD、拉曼光谱、EPR谱图等表征结果。这些结果揭示了随着诱导时间的延长，HVO的形态如何从层状结构转变为网状多孔结构，并且展示了晶体结构的变化和二配位氧缺陷的生成。进一步聚焦于ex-Ti₃C₂和HVO之间的界面层，探索原位诱导生长机制，图中包括了高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像，XPS光谱，以及密度泛函理论（DFT）模拟，用以证明MXene表面特定官能团对HVO生长的影响和两相界面之间的强相互作用。

考虑整体阴极材料的质量，评估了锌离子电池中HVO和T-HVO电极材料的电化学性能，包括循环伏安（CV）曲线、倍率性能、充放电曲线、电压滞后曲线、容量贡献比较、循环稳定性以及Ragone图。

展示了锌离子电池中电极材料的电极反应动力学，包括不同电位下的电流密度响应、差分Nyquist图（DNTD）、电位分辨原位电化学阻抗谱（PRIs EIS）以及动力学方程校正步骤（DECS）

评估了原位诱导生长策略并与其他缺陷工程策略进行了比较，展示了T-HVO|Od电极材料的实际应用潜力。

Using MXene as a Chemically Induced Initiator to Construct High-Performance Cathodes for Aqueous Zinc-Ion Batteries

何冠杰，UCL化学系副教授，博士生导师。2018年于UCL获得博士学位，攻读博士期间访学于耶鲁大学。先后任职于英国林肯大学(副教授)、伦敦大学玛丽女王学院(高级讲师)。主要研究领域为水系电化学能源存储与转换材料及器件。以通讯/第一作者在Joule, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., ACS Energy Lett.等国际权威学术期刊发表SCI论文130余篇，被引8000余次，h指数51。主持超过300万镑的科研项目，包括欧洲研究理事会科研启动基金(ERC Starting Grants)等。担任Battery Energy期刊副主编、Green Energy Environ.、Sci. China Mater.、Nano Res. Energy、Energy Environ. Mater.、Adv. Powder Mater.、J. Met., Mater. Miner.期刊(青年)编委。2023年入选英国材料、矿物和采矿学会会士。

马晶，南京大学化学化工学院教授，博士生导师。1998年南京大学化学化工学院获博士学位。1998-2000年作为日本学术振兴会（JSPS）特别研究员在日本歧阜大学进行博士后研究。2000-2005年任南京大学副教授，2005年7月起，任南京大学化学化工学院教授。2008年获得国家自然科学基金委杰出青年基金、霍英东青年教师基金、入选教育部“新世纪人才计划”（2005年）。先后获得第九届中国青年女科学家（2012年），中国化学会青年化学奖（2003年）、首届南京青年科技创新奖（2008年）、教育部自然科学一等奖（2019年，第三完成人）。获得2023年全国巾帼建功标兵和2013年江苏省巾帼建功标兵，“江苏省新长征突击手”等荣誉称号。担任Langmuir期刊编辑，还担任Journal of Chemical Theory and Computation，Journal of Physical Chemistry Letters和《物理化学学报》期刊编委。先后担任中国化学会女化学工作者委员会委员、中国化学会理论化学委员会委员。

彭尚龙，兰州大学教授、博士研究生导师，清洁能源材料与器件研究所所长。在兰州大学分别获得学士和博士学位后留校任教，先后被聘为副教授、教授和博导。随后在美国华盛顿大学、韩国首尔国立大学、香港科技大学和中国科学院半导体研究所以博士后和访问学者身份开展科研工作。研究工作围绕清洁能源材料与器件开展相关的理论技术创新和应用技术开发，研究与开发新型太阳能电池、锂离子/钠离子电池，以及氢能开发相关的光伏耦合电解水制氢材料和器件。先后承担国家自然科学基金项目、新疆生产建设兵团科技攻关项目、深圳市知识创新计划项目和甘肃省自然科学基金重大项目等10余项。

已在Angew. Chem. Int. Ed.、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science、Nano Energy、ACS Energy Letters和J. Mater. Chem. A等国际权威期刊上发表SCI论文100余篇，多篇论文入选高被引，授权发明专利10余项。兼任中国物理学会半导体物理专业委员会委员，中国化工学会化工新材料委员会委员，甘肃省材料学会理事，甘肃省机械工程学会热处理与表面工程分会理事。甘肃省陇原创新创业人才项目和青海省“昆仑英才·高端创新创业人才”计划入选者。荣获兰州大学教学成果奖一等奖和兰州大学五四青年奖章。并兼任《eScience》、《Energy&Environmental Materials》、《Rare Metals》、《Nano Research Energy》和《盐湖研究》期刊编委，国际知名期刊审稿人和仲裁人，以及国家自然科学基金委员会通讯评议专家和教育部学位中心评议专家。

陈杰，伦敦大学学院（UCL）博士研究生（一年级），导师为何冠杰教授和Ivan P. Parkin院士。本科和硕士分别毕业于兰州大学物理学院（物理学基地班）和兰州大学材料学院，师从彭尚龙教授和黄娟娟副教授，于2023年取得凝聚态物理学硕士学位后赴UCL攻读博士学位，而后获得英国国家科研与创新署（UKRI）CDT奖学金资助。研究方向主要为新型高性能水系电池的开发与反应机理探究。以第一/共一作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.等期刊发表学术论文4篇，硕士阶段曾发表讨论MXene在水系锌离子电池存储机制及应用的领域第一篇综述，入选“第二届SusArticle 可持续发展材料优秀论文奖”。