上海交大黄富强、复旦大学吕希蒙AM：极化子坍塌策略使MoS2实现钠电超快充

第一作者：吕卓然、赵晨东、谢淼

通讯作者：黄富强*、吕希蒙*

通讯单位：上海交通大学、复旦大学

钠离子电池因钠资源储量丰富与安全性高等优势，可作为锂离子电池的有效补充。目前，钠离子电池能量密度与快充特性的提升对其快速发展意义重大。二硫化钼（2H相MoS₂）作为经典负极材料具有高理论比容量，但由于极化子引发的缓慢电荷转移，其倍率性能及氧化还原可逆性通常较差。传统改性策略通常基于纳米尺寸/孔隙调控、碳复合结构设计等，虽电化学性能有所改善但其低体积能量密度限制实际应用。相转变工程可构建导电1T相MoS₂，但亚稳特性使其在循环过程中重新堆叠向稳态2H相转变，使电化学性能下降。因此，如何通过对MoS₂本征晶体结构进行合理设计，开发兼具高倍率与长循环寿命的新型热力学稳定硫化钼基负极材料具有挑战性。

基于此，上海交通大学黄富强教授提出了一种由富电子一维[MoS]插入链诱导的极化子坍塌策略，可有效地解决以上问题。具体而言，在二维MoS₂层间引入一种富电子一维[MoS]链，可通过破坏二维MoS₂层z方向对称性将其转变为稳定对称破缺态，诱导小极化子坍塌从而获得极快速的本征电荷转移能力。基于该策略获得的Mo₂S₃材料热力学稳定且表现金属行为，其电子电导率为MoS₂的107倍。复旦大学吕希蒙博士理论计算发现，一维[MoS]链的引入可诱导阴离子电子离域，极大降低钠离子扩散能垒（Mo₂S₃：0.38 eV；MoS₂：0.65 eV），实现钠离子在晶体结构中快速扩散。将Mo₂S₃应用于快充钠离子电池领域，该材料表现出极优快充性能（60 C=1分钟充满）与超长循环稳定性（1.5万圈）。电化学原位实验表明Mo₂S₃在钠嵌脱过程中具有高度可逆的氧化还原，可抑制硫副反应引起的容量衰减。相关研究成果以“1D Insertion Chains Induced Small-Polaron Collapse in MoS₂ 2D Layers toward Fast-Charging Sodium-Ion Batteries”为题在线发表在Advanced Materials上，上海交通大学为论文第一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基础研究特区计划等项目的资助与支持。

综上，通过在二维MoS₂层间引入一维富电子[MoS]链，可破坏z方向对称性诱导晶体结构中发生小极化子坍塌，进而获得高于MoS₂的107倍本征电子导电率，并诱导阴离子电子离域降低钠离子扩散能垒。基于该策略获得的Mo₂S₃材料在钠离子电池中具有极优的快充性能（60 C=1分钟充满）与超长循环稳定性（1.5万圈）。该研究工作证明了极化子工程对储能电极材料本征电子/离子传导的显著提升，为设计和开发新型高性能快充电极材料提供新的思路。

Zhuoran Lv, Chendong Zhao, Miao Xie, Mingzhi Cai, Baixin Peng, Dayong Ren, Yuqiang Fang, Wujie Dong, Wei Zhao, Tianquan Lin, Ximeng Lv*, Gengfeng Zheng, Fuqiang Huang*. 1D Insertion Chains Induced Small-Polaron Collapse in MoS₂ 2D Layers toward Fast-Charging Sodium-Ion Batteries. Advanced Materials, 2023, 2309637.

黄富强 上海交通大学讲席教授、中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，国家杰出青年科学基金获得者，担任中国化学会理事、中国化学会能源化学专业委员会主任。长期从事无机固体化学与能源材料与器件研究，在多功能复杂化合物设计理论、新材料制备与能源器件研发方面取得系统性原创成果。以第一/通讯作者在Science、Nat. Mater.、Nat. Energy、Nat. Phys.、Nat. Catal.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表SCI论文600余篇，H因子90，他引超35000次，多次入选全球高被引科学家榜单；获授权发明专利120余项（国外15项）。主持科技委重点项目、国家重点研发计划、科技部973和863项目、基金委重大研究计划以及产业化等项目40余项。以第一完成人获国家自然科学二等奖1项（2017年）、上海市自然科学一等奖2项（2016、2019年）。

吕希蒙 复旦大学博士后。2016、2019、2023年先后于复旦大学获得化学学士、硕士与博士学位。长期从事碳中和技术相关研究（包括碳一分子电催化/光催化制备可再生燃料的催化剂设计与体系构建、高效储能电极材料设计等），已获得复旦大学超级博士后、国家资助博士后研究计划（B档）等资助。目前负责博士后科学基金面上、特别资助项目各1项，作为主要参与者参与国自然面上、上海市自科面上项目各1项。在相关领域发表SCI论文30余篇，申请专利5项，其中以第一/通讯作者在Nat. Catal.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.等期刊发表SCI论文13篇（h-index 13）。

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