孙灵娜&张颖朦 Small：ZnSe/SnSe异质结构内嵌于硒/氮共掺杂的碳纳米纤维骨架用于钠离子电池

第一作者：张颖朦，程乐乐

通讯作者：张颖朦, 孙灵娜

通讯单位：深圳大学

构建具有更高结构完整性和更佳反应动力学的精细纳米结构将推动合金基材料作为电池负极的实际应用。本文开发了一种异质结构二元金属硒化物（ZnSe/SnSe）纳米盒包封于自支撑的三维碳纳米纤维（CNF）骨架中的复合材料。用于储钠负极，可以促进钠离子迁移、提高结构完整性并增强电化学反应动力学。在碳化和硒化过程中，硒/氮（Se/N）被共掺杂到三维CNF骨架中，从而提高了CNF基底的导电性和电解液润湿性。更重要的是，ZnSe/SnSe异质结构和Se/N共掺杂CNFs的特性，可在ZnSe/SnSe异质晶界、以及CNFs基底与硒化物异质结构之间的异质界面上，产生协同界面耦合效应和内置电场，从而实现离子/电子的快速传输，并加快表面/体相反应动力学，实现钠离子的存储。

与ZnSe/SnSe、ZnSe和SnSe 粉末相比，ZnSe/SnSe@Se,N-CNFs表现出更优越的钠离子储存性能，可提供出色的倍率性能和超长的循环寿命：在电流密度为0.1、0.2、0.5、1和2 A g^-1时，容量为882.0、773.6、695.7、634.2和559.0 mAh g^-1，在2 A g^-1下循环3500次后，可逆容量为587.5 mAh g^-1。

近日，深圳大学孙灵娜教授和张颖朦研究员在国际知名期刊Small上发表题为“ZnSe/SnSe Heterostructure Incorporated with Selenium/Nitrogen Co-Doped Carbon Nanofiber Skeleton for Sodium-Ion Batteries”的研究文章。这项研究为解决目前合金基材料在钠离子电池应用中所面临的挑战，提供了一些具有启发性的设计思路：通过异质纳米结构构建、碳壳保护层和共掺杂改性策略，提高了导电性；通过将合金材料嵌入具有三维自支撑骨架特征的碳基体，解决了体积膨胀问题。

本文首先将ZnSn(OH)₆纳米盒状前驱体与聚丙烯腈（PAN）进行静电纺丝，得到三维自支撑网络，经过碳化和硒化热处理后，开发出嵌入Se/N共掺杂CNF骨架中的ZnSe/SnSe异质结构（ZnSe/SnSe@Se,N-CNFs）。独特的ZnSe/SnSe异质结构、静电纺丝CNF三维结构和Se/N共掺杂特性，可有效促进电子/离子传输速率、提高结构稳定性、加速电化学反应动力学：I) ZnSe/SnSe中的异质晶界将提供增强的界面耦合效应和内置电场，具有额外的电荷转移驱动力，可吸引更多Na+离子吸附在异质界面上，提高Na⁺离子从电解液到电极的迁移速率，从而有效加速电化学反应动力学。

Ⅱ) 嵌入 ZnSe/SnSe 纳米盒的三维自支撑CNF网络不仅能增强半导体ZnSe/SnSe的导电性，还能避免在嵌入/脱出过程中发生剧烈的体积膨胀/收缩，改善其结构的完整性。Ⅲ) Se/N共掺杂特性实现了CNF基体与硒化异质结构之间的耦合效应，实现了离子/电子的快速传输，加速了钠离子储存的表面/体相反应动力学，并增强了CNF基体的电子导电性和电解液润湿性。

ZnSe/SnSe@Se,N-CNFs应用于钠离子电池负极时，在2 A g^-1的条件下具有3500次的长循环稳定性，可逆容量为587.5 mAh g^-1，并且在0.1、0.2、0.5、1和2 A g^-1的电流密度下具有882.0、773.6、695.7、634.2和559.0 mAh g^-1的出色倍率性能。

ZnSe/SnSe Heterostructure Incorporated with Selenium/Nitrogen Co-Doped Carbon Nanofiber Skeleton for Sodium-Ion Batteries

https://doi.org/10.1002/smll.202306536

张颖朦研究员简介：长期从事纳米材料的3D有序化制备和反应机理的基础研究及其在能源方面的应用研究，包括锂离子电池、钠离子电池、水系锌离子电池、锌离子混合电容器、金属-空气电池等。发展了多种固液界面合成方法，制备自支撑有序纳米结构阵列；将静电纺丝技术应用于碳基复合材料的合成，制备自支撑过渡金属化合物@碳纳米纤维复合材料；并将它们应用于储能领域，相关研究结果发表在国际重要学术刊物《Angewandte Chemie International Edition》、《Advanced Energy Materials》、《ACS Nano》、《Nano-Micro Letters》、《Small》等。

孙灵娜教授简介：广东省高等学校优秀青年教师，深圳市高层次专业人才，深圳市优秀教师，深圳南山区领航人才，长期致力于合成化学、能源材料、电催化的交叉研究，在锂硫电池、锂/钠离子电池、水系锌离子电池的制备与电化学性能研究、高性能电催化剂的控制制备及应用研究（锂空电池、锌空电池、水分解）等方面积累了一定的经验。发表SCI论文70余篇，包括Advanced Energy Materials、Chemical Engineering Journal、Small Method、Journal of Materials Chemistry A等。

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