近日，鄭州大學(xué)許群教授課題組以2Damorphous-MoO3-x@Ti3C2-MXenenon-van der Waals heterostructures as anode materials for lithium-ion batteries為題在國(guó)際頂尖期刊Nano Energy上發(fā)表關(guān)于基于二維非范德華異質(zhì)結(jié)在鋰離子電池負(fù)極材料上應(yīng)用的研究論文。鄭州大學(xué)為第一通訊作者單位，鄭州大學(xué)博士研究生閆鵬飛和碩士研究生冀亮為文章的共同第一作者，許群教授、崔鑫煒教授以及生物醫(yī)用材料改性國(guó)家地方聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的張海軍教授為共同通訊作者。該研究得到了鄭州大學(xué)青年拔尖人才項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

過渡金屬氧化物的非晶結(jié)構(gòu)相比于其晶態(tài)具有更高的理論儲(chǔ)鋰容量，更低的充放電電位，在鋰離子電池負(fù)極材料中具有良好的應(yīng)用前景。然而，體相非晶材料的電子導(dǎo)電性較差，且鋰離子在體相非晶材料內(nèi)部缺乏有效的二維擴(kuò)散通道，因而離子導(dǎo)電性也有待提高。雖然通過其與二維導(dǎo)電基底的復(fù)合可以在一定程度上解決上述難題，但是二者之間的結(jié)合多為范德華鍵合，作用較弱，異質(zhì)結(jié)材料整體導(dǎo)電性和穩(wěn)定性不佳。

針對(duì)這一問題，許群教授團(tuán)隊(duì)提出了利用MXene表面氧基團(tuán)，原位合成非晶MoO3-x納米片，構(gòu)筑通過Ti-O-Mo共價(jià)鍵結(jié)合而成二維非范德華異質(zhì)結(jié)材料（aMoO3-x@MXene）的解決方案，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰容量、倍率性能以及循環(huán)特性。理論研究解釋了二維aMoO3-x@MXene非范德華異質(zhì)結(jié)可以提高材料穩(wěn)定性、電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性的微觀原因。該研究不僅展示出了過渡金屬氧化物非晶材料在鋰離子電池負(fù)極上的應(yīng)用前景，為一般非晶材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)，同時(shí)也給二維異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了新的思路，為其在儲(chǔ)能、催化、傳感器等更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106139