骆文彬教授，Chemical Engineering Journal观点：微钼诱导构建多相铆接结构P3/O3层状氧化物

第一作者：任海龙

通讯作者：骆文彬*

单位：东北大学

由于钠离子含量高（x ≈ 1），O3相正极材料具有优良的理论容量。然而，这种材料在钠离子脱嵌过程中会经历复杂的相变，表现出较差的倍率性能与循环稳定性。为了提高O3相正极材料的性能，相工程技术近年来得到了广泛的应用。本篇通过调整掺杂钼元素的含量，成功构建P3/O3两相层状氧化物NaNi_0.3Mn_0.52Mo_0.03Cu_0.1Ti_0.05O₂。引入二阶Jahn-Teller效应来解释钼掺杂激活P3相形成的机理。本文丰富了多相钠离子电池层状氧化物正极材料的构建方法，构建的P3/O3两相材料具有良好的电化学性能，这有助于加速钠离子电池在储能领域的应用。

近日，东北大学的骆文彬教授研究团队在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Multiphase riveting structure constructed by slight molybdenum for enhanced P3/O3 layer-structured oxide cathode material”的观点文章。通过调整钼元素的含量，成功构建P3/O3两相层状氧化物NaNi_0.3Mn_0.52Mo_0.03Cu_0.1Ti_0.05O₂。这种多相铆接结构能有效地缓解大离子半径钠离子脱嵌过程中由于相变引起的刚性破坏。同时，O3相和P3相为钠离子提供了主要的存储位点，表现出良好的钠离子存储性能。P3相的存在为离子的迁移提供了更好的扩散路径。另外二阶Jahn-Teller效应被引入来解释钼掺杂激活P3相形成的机理。

本文通过调整钼元素的含量，成功构建两相层状氧化物NaNi_0.3Mn_0.52Mo_0.03Cu_0.1Ti_0.05O₂(P3/O3-NMCTM3)。由于Mo⁶⁺的4d轨道没有电子，这种电子构型的钼离子与氧成键时会发生二阶Jahn-Teller效应，Mo⁶⁺会发生阳离子位移使得MoO₆八面体的变为非中心对称。我们也通过DFT计算了P3相MoO₆八面体中Mo-O键键长，发现了六个不同长度Mo-O键。而钼原子位置的变化会通过静电排斥使得附近的钠离子的偏离原始的平衡位置进而形成钠空位以及钠缺失，最终促进P3相 (P型相) 的生成。

P3/O3-NMCTM3中P3与O3相具有两种结合方式，这些铆接结构可以有效地缓解由相变引起的刚性破坏。P3/O3-NMCTM3两相材料具有较高的比容量，在1.5-4.25V、1.5-4.5V的电压窗口内初始库伦效率均接近100%。由于P3相可以为钠离子传输提供开放的通道，因此表现出较大的钠离子扩散系数。

P3/O3-NMCTM3两相材料经历可逆相变：P3/O3→P3→Hex.O3’。相较于纯O3相NMCT，P3/O3-NMCTM3在高电压下晶胞参数c的变化被抑制，同时X相的出现也被抑制。

Multiphase riveting structure constructed by slight molybdenum for enhanced P3/O3 layer-structured oxide cathode material

骆文彬，东北大学教授、博士生导师，国家级高层次青年人才、辽宁省“兴辽英才”青年拔尖、沈阳市领军人才，东北大学冶金学院能源电化学与城市矿冶金研究所所长，中国化工学会储能工程专委会委员。2009年和2011年分别于东北大学获学士和硕士学位，2015年毕业于澳大利亚伍伦贡大学获博士学位。主要从事于能源转化及存储和催化剂构效关系及催化机理方面的基础研究。已在Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Energy Materials, eScience, Advanced Functional Materials, ACS Catalysis，Nano Energy, Advanced Science, Journal of Energy Chemistry等权威期刊发表论文百余篇。