北理工曹传宝/朱有启ESM：Se-C相互作用促进Cu+氧化还原及稳定多硒化物优化Mg2+储存

第一作者：杜昌亮

通讯作者：朱有启*，曹传宝*

单位：北京理工大学

镁二次电池由于其高体积能量密度、高地壳储量、以及无枝晶沉积特性的镁负极近年来被认为是一种极具应用前景的多价金属电池。但是目前镁二次电池也存在离子动力学缓慢、氧化还原可逆性低等问题。针对这些问题，研究人员提出各种策略并取得重要进展，其中碳基材料复合对于提高储镁性能具有显著的作用。然而，其提高电化学储镁性能的深层次机理尚未阐述清楚。

近日，来自北京理工大学的曹传宝教授和朱有启副教授等在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Cu⁺ Redox Activation and Polyselenide Stabilization via Strong Se-C Interaction for Superior Magnesium Storage”的研究论文。本工作以CuSe@G复合材料作为正极材料模型，提出Se-C相互作用活化Cu⁺氧化还原反应以及抑制多硒化物溶解，构筑具有动力学优势的电极-电解液界面，全面提高CuSe正极的储镁容量，循环稳定性以及倍率性能，为碳基材料复合策略提供了更深层次的理解。

1. 当前已发表的通过碳基材料符合策略提高电化学储镁性能工作均未阐释清楚该策略优化性能的深层次机理，采用快速的微波化学合成法制备了CuSe@G复合材料正极，CuSe颗粒原位生长在石墨烯片层上得到的三明治构型，光谱学表征证明了Se-C相互作用的形成 。

2. DFT理论计算显示Se-C作用的存在使得CuSe和石墨烯片层之间电子发生流动，强相互作用可稳固电化学循环过程中产生的多硒化物，维持材料的电化学稳定性。此外，强相互作用提高了Cu²⁺的活化程度，使其与Mg²⁺发生电化学置换更充分，进而提高材料的电化学容量。此外，CuSe颗粒高度分散于石墨烯基底上，与电解液形成更具电化学反应动力学的界面，加快界面的离子扩散，进而提高其倍率性能。

3. 所合成的CuSe@G正极材料表现出显著优异的电化学储镁性能，其在100mA g^-1的电流密度下的储镁容量为233.7 mAh g^-1，相比较于CuSe提升了约40%；3 A g^-1的电流密度下仍能释放出88.4 mAh g^-1的可逆容量；2 A g^-1的电流密度下稳定循环1000圈。

“Cu⁺ Redox Activation and Polyselenide Stabilization via Strong Se-C Interaction for Superior Magnesium Storage”

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