东北大学李犁教授，ACS nano：高结晶氮化碳基低温钠离子电池碳质负极

第一作者：王颖，李宏观

通讯作者：李犁

单位：东北大学

氮化碳（C₃N₄）是一种新兴的含碳材料。其中，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）因其二维层状结构、高氮含量以及均匀分布的三角形纳米孔等独特特征，在能源转换和存储中受到越来越多的关注。目前报道的g-C₃N₄研究大多集中在光催化领域，而其在能量储存方面的应用仍未得到很好的发展。在传统的热聚合过程中，含氮前体不完全聚合导致形成的聚合氮化碳（PCN）中含有严重结构缺陷，从而阻碍了电荷传输和Na⁺储存动力学。到目前为止，开发高结晶度C₃N₄基材料用于钠离子电池负极，仍然具有很高的挑战性。

在该工作中，东北大学李犁教授团队提出了一种固相盐封策略，用以构建具有二维纳米片堆叠结构的高结晶氮化碳(PHI)/碳复合材料（CK-CNC），实现了在室温及低温条件下的优异储钠性能。DFT计算显示，高结晶度的C₃N₄显著降低了电子跃迁的能垒，并在与碳的异质界面处形成有效的电荷转移通道。结合多种结构表征和DFT计算，从材料形貌、分子结构、电化学性能，以及循环后电极表面结构和化学组分等多个角度，系统地研究了高结晶PHI基复合材料的储钠优势。通过理论计算，本研究深入探讨了复合材料的晶体结构和电子特性对Na储存行为的影响。CK-CNC复合材料展现出最佳的Na吸附能力，并具备从低能区到高能区的连续电子填充结构，以及在异质界面处的有效电荷转移通道。

这些发现从分子层面为CK-CNC卓越的储钠性能提供了理论依据。CK-CNC纳米复合材料在2 A g⁻¹电流密度下进行5000次充放电循环后，展现了超高的循环稳定性。同时，在-20°C下0.1 A g⁻¹电流密度下，CK-CNC表现出196.6 mAh g^-1的出色低温容量。这项工作为C₃N₄在储能领域的应用提供了新的见解，并为开发极端条件下运行的长寿命和高容量负极材料提供了可行的方法。该研究成果已发表在材料领域顶级期刊《ACS Nano》上。王颖、李宏观为本文第一作者，东北大学李犁教授为唯一通讯作者。

Highly Crystalline Poly(heptazine imide)- Based Carbonaceous Anodes for Ultralong Lifespan and Low-Temperature Sodium-Ion Batteries

李犁，东北大学冶金学院教授、博导、所长，可再生能源转换与储能团队负责人，英国皇家化学会会士，入选国家高层次人才计划-科技创新领军人才，国家高层次人才计划-青年项目（四青），辽宁省兴辽英才计划，沈阳市杰出人才等，H index>50，担任中国有色金属学会熔盐化学与技术委员会委员等多个国内及国际专业委员会副主任及委员等；以通讯作者在Chem, Matter, PNAS, Chemical Society Reviews, Energy & Environmental Science、Science Bulletin等国内与国际著名学术期刊发表 SCI 论文 100余篇，多次入选“全球前2%科学家”榜单等高被引科学家榜单；担任冶金顶刊Metallurgical and Materials Transactions A评审委员会主席，Metallurgical and Materials Transactions B、Materials Horizons、Nanoscale Horizons、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等10余本国内外学术杂志副主编/编辑/编委等。先后获得英国皇家化学会青年奖、国际材料学会科学奖、荣程祥青科研创新奖等国内及国际奖项20余项。主要研究方向为：1）新能源存储（锂电池、钠电池、Li-S电池、超级电容器、水系电池及其他能源存储形式）及器件制备；2）冶金物理化学与冶金新材料；3）电催化/光催化以及绿氢制备技术；4）固体废弃物资源回收与利用等。