西南大学徐茂文教授、戚钰若研究员，Nano energy：碳点修饰钠离子电池碳负极提升表面缺陷和界面阴离子浓度

第一作者：张屹

通讯作者：徐茂文*，戚钰若*

单位：西南大学

钠离子电池因其资源分布更加广泛被认为可能会成为下一代大规模储能产品，但对于其碳负极的机理研究依然还不够清晰。除了缺陷，孔，层间等反应热力学因素外，反应动力学对于其容量的影响也不可忽视。钠离子在体相内部的扩散和在界面处的传输会深刻地影响整个体系的反应动力学。本篇文章利用碳点对沥青衍生碳进行界面修饰，证明缺陷和官能团对于界面离子传输的重要作用。并进一步证明了界面处的羰基官能团对于电解液中的阴离子分解和SEI形成的影响。本工作为无序碳负极反应动力学的研究提供了一些参考。

近日，来自西南大学的徐茂文教授和戚钰若研究员，在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“Carbon Dots Interphase Promoting Surface Defect and Localized Anion Concentration In Sodium-Ion Battery Carbon Anodes”的文章。该文章研究了无序碳的界面性质对于钠离子扩散的影响。同时说明了电极的表面性质如何影响SEI形成。

由于碳点的修饰，XPS全谱中F元素的含量显著增加，精细谱中显示表层为P-F为主，内层以Na-F为主，我们认为这是由于羰基官能团对于PF₆^-离子有更强的吸附性，从而诱导了富含NaF成分的SEI的形成。进一步比较各类成分的占比，经过碳点修饰后，无机成分显著增多，其主要成分包括Na₂O，NaF和Na₂CO₃。TEM同样证实了这一结果，碳点修饰后的SEI无机成分晶格条纹清晰，晶型完整，结晶度更好。而未修饰的沥青衍生碳无机盐结晶度差，晶粒更小。

C=O对于阴离子的吸附能显著高于C-C和C-N，因此在界面处会有更多的PF₆^-, 且C=O使得PF₆^-的解离能最小，促进了NaF的形成。进一步比较了纯沥青碳与碳点修饰沥青碳的表面功函数，以此说明碳点的存在使得电子逸出电极表面所需要的能量更小，更容易在界面处形成SEI。

由于羰基官能团的存在，其倍率性能有了显著增加。且通过原位拉曼的比较显示，由于缺陷的引入，钠离子嵌入过程中， D峰的强度衰减更为显著，而G峰的强度则几乎没有变化，说明更多的缺陷被钠离子占据。由此可见，碳点引入的缺陷也是容量提升的原因之一。

经过碳点修饰的沥青碳负极，形成了更薄更均匀，且富含无机成分的稳定SEI 。但其循环稳定性却发生了下降，因此我们推测，对于富含高缺陷的沥青碳负极材料，其不可逆容量不仅来自于SEI的溶解，还来自于缺陷对于钠离子的吸附。

Carbon Dots Interphase Promoting Surface Defect and Localized Anion Concentration In Sodium-Ion Battery Carbon Anodes

徐茂文教授简介：西南大学教授、博士生导师。研究领域为钠离子电池、室温钠硫电池和水系锌离子电池等。目前以通讯作者身份在Nature Communications., Chem., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy. Mater., 等学术刊物上发表SCI论文300余篇，获得授权发明专利20余项，部分专利已经产业化转化。主持国家自然基金、重庆市重点项目等课题10余项。荣获重庆市自然科学二等奖、中国有色金属工业科学技术奖三等奖等荣誉。

戚钰若研究员：含弘研究员。中国科学院物理研究所工学博士。入选中国博士后创新人才支持计划和重庆市青年拔尖人才计划。目前研究兴趣主要集中在钠离子电池、室温钠/锂硫电池、钠金属负极、固态钠电池等方面，并取得了一系列研究成果，多篇研究论文发表在如Nat.   Commun.、Joule、Adv. Energy Mater.、Angew、 Adv.   Funct. Mater.、 Adv. Sci.等国际著名刊物上。已发表SCI英文专业期刊论文40余篇，申请专利10余项，获得授权发明专利6项。主持国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、四川省自然科学基金、中国博士后科学基金、企业横向项目等课题10余项。担任ACS、Wiley、RSC、Springer等数据库中10余种SCI期刊审稿及仲裁审稿人；任Battery Energy、Rare Metals、Materials Report :Energy期刊青年编委；任中国化学会、中国材料学会会员；参与编写书籍1章。