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北航赵勇&王女&张千帆教授&河南理工大学高松伟博士：异质界面工程驱动FeS₂/MoS₂中空多孔纤维高效储钠负极

鉴于钠离子电池（SIBs）在可再生能源存储与电动汽车领域的巨大应用潜力，开发兼具低成本与高倍率、长期循环稳定的负极材料，对推动大规模储能发展至关重要。然而，现有负极材料在倍率与循环稳定性能方面仍面临严峻挑战。为解决这一问题，本研究设计了一种“异质界面工程驱动FeS₂/MoS₂中空多孔纤维高效储钠负极”。所制备材料在高倍率下仍能保持较高容量，在长循环过程中表现出优异的结构稳定性。该策略为开发高性能钠离子电池负极材料，以及推动新型二次电池技术的广泛应用提供了新思路。

近日，北航赵勇、王女、张千帆教授&河南理工大学高松伟博士团队在权威期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Heterointerface engineering driven FeS2/MoS2 hollow porous nanofibers enable high-rate and ultra-long cycle sodium-ion batteries”。研究者通过静电纺丝和热处理工艺，制备出分级中空多孔的FeS2/MoS2异质纳米纤维。其中，FeS₂/MoS₂异质界面可促进钠离子吸附并降低钠离子迁移能垒；分级中空多孔纳米结构能有效缓解嵌钠反应过程中的体积膨胀，同时促进电解液浸润与离子传输，保障长期循环稳定性。与此同时，一维纤维结构可缩短电子传输路径，确保材料具备高倍率性能。原位XRD与动力学分析结果证实，双金属异质界面构筑可加速反应动力学，最终实现高容量与高倍率性能的协同提升。得益于异质结构与中空纳米结构的双重优势，所制备的FeS₂/MoS₂中空纳米纤维展现出优异的电化学性能。

图1：DFT计算模拟能带结构、钠离子吸附能和迁移路径及能垒

如图1所示，首先，我们通过第一性原理分别计算了纯 FeS₂、纯 MoS₂及 FeS₂/MoS₂异质结的总态密度与电荷密度差，吸附能和迁移能垒等。结果显示，异质结的形成使费米能级附近的带隙显著减小，且态密度（DOS）峰值明显高于单一FeS₂或MoS₂组分。这一现象表明，异质界面可有效提升材料的电子导电性，为电荷快速传输提供有利条件。此外，异质界面具有更强的钠离子吸附能力，更低的迁移能垒。这为高性能储钠提供有力理论支撑。

图2：FeS₂/MoS₂中空纳米纤维制备及形貌图

如图2所示，通过简单的静电纺丝及热处理法制备了FeS₂/MoS₂中空多孔纳米纤维。从SEM和TEM表征中，我们可以清楚的看到纤维具有明显的分级、多孔结构。同时，我们通过EDS分析了元素的分布状态。这些结构特征有利于高效储存钠离子。

图3：FeS₂/MoS₂中空纳米纤维物相表征图

此外，对所制备的材料进行了物相表征（XRD，Raman，XPS和BET等）。这些物相组成、晶体结构及表面化学状态的分析有利于进一步分析高效储钠机理。

图4：FeS₂/MoS₂中空纳米纤维储钠性能图

利用蓝电测试系统对制备材料的电化学性能进行进一步表征。通过分析半电池及全电池性能数据。所制备的FeS₂/MoS₂中空多孔纳米纤维具有更高的倍率和优异的长循环结构稳定性。

图5：FeS₂/MoS₂中空纳米纤维储钠机制及动力学分析图

为了更好地揭示钠化/脱钠过程的实时结构和晶相变化，使用原位XRD技术对使用FeS₂/MoS₂负极材料的电池进行了研究。如图所示，展示了在充放电循环过程中不同状态下记录的相应XRD图谱，以及依次积累后的XRD图谱。从原位XRD图谱中可以得出结论：反应主要为分步的插层和转化反应协同储钠机制。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168326

人物简介：

赵勇，北京航空航天大学化学学院二级教授，博士生导师。主要研究方向：仿生多尺度中空结构纳米纤维材料在能源、催化、环境等领域的应用。获国家自然科学优秀青年基金；中组部万人计划青年拔尖人才计划支持及多项国家自然科学基金重点项目、面上项目、科技部重点研发计划项目等。在Nature; Nat. Commun.; PNAS; J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.; Adv. Mater.; Matter; Prog. Polym. Sci.; Adv. Funct. Mater.; ACS Nano; Energy Storage Mater.; ACS Energy Lett.; Adv. Fiber Mater.等发表SCI论文130余篇，引用10500余次，H因子52，爱思唯尔“中国高被引学者”。

王女，北京航空航天大学化学学院教授，博士生导师。主要从事静电纺丝法制备功能性微纳米结构材料方面的相关研究工作，在聚合物微纳米复合纤维的制备及性质研究方面进行了大量的工作，取得了一些创新性的研究结果。入职以来主持国家自然基金青年基金项目1项，面上项目2项。近几年在国内外学术期刊上发表论文50余篇，他引3200余次，包括Nat. Commun., Matter., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Sci., Adv. Fucnt. Mater., ACS Nano, NPG Asia Mater等, 申请国家发明专利20余项，授权10余项。

张千帆，北京航空航天大学材料学院教授，博士生导师。以在Nat. Commun., Phys. Rev. Lett., PNAS, Adv. Mater., Nano Lett., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano等期刊发表论文60余篇，SCI他引9800余次，H因子42。先后入选北航“卓越百人”、教育部“新世纪优秀人才”、北航“青年拔尖人才”。2020年入选“爱思唯尔”中国高被引学者。是Nat. Chem., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem., Nano Lett.等高水平期刊的长期审稿人。

高松伟（第一作者），河南理工大学材料学院讲师，硕士生导师。先后于北京航空航天大学获硕士、博士学位。研究方向：新能源储能电极材料领域：专注于锂/钠离子电池相关电极材料的结构成分协同设计、构筑及储能机制研究。在Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Storage Mater.、Carbon Energy、Chem. Eng. J.、Samll、《科学通报》等国际国内知名期刊发表论文十余篇，ESI高被引论文2篇。主持河南省高等学校重点科研项目，河南理工大学博士启动基金、博士后基金项目等。

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