侴术雷教授本硕毕业于南开大学，师从中国科学院陈军院士；博士毕业于澳大利亚伍伦贡大学，师从澳大利亚工程院窦士学院士。侴术雷教授长期致力于电化学储能电池相关电极材料的研究，并积极推动钠离子电池产业化与自主产权化。目前已发表Science、Nature Chemistry等论文270余篇，文章被他引超过15000次，其中有21篇被列为ESI高被引文章，H指数65，钠离子电池领域澳大利亚学术排名第一，2018-2020年连续3年入选全球高被引学者；申请和授权国际国内专利20余项，承担澳大利亚可再生能源署（ARENA）重大项目7项，2014年获得澳大利亚年轻科学家奖；曾担任2015年新一代电池青年科学家国际研讨会组委会共同主席、2015年第二届先进电池正负极材料国际论坛会议主席、2016年下一代电池国际研讨会执行主席，参与制订和审定钠离子电池的行业标准。
2021年7月，侴术雷教授全职加盟温州大学，小编精选汇总了侴术雷教授在钠离子电池领域的30篇文章，共赏精品好文，共谱精彩华章！
01 钠离子电池正极
☟1.EES综述：钠过渡金属氧化物，未来SIBs的首选正极？
寻找适合实际应用的高容量电极材料是至关重要的，钠过渡金属氧化物被认为是钠离子电池最有前途的正极材料之一。在锂离子电池中，富锂过渡金属氧化物中能够通过阴离子氧化还原反应提供额外的容量。钠离子电池中也存在类似的现象。此外，不限于富钠的过渡金属氧化物，贫钠的过渡金属氧化物同样可以通过阴离子氧化还原反应表现较高的容量。但钠离子电池和锂离子电池在具体特征上的差异要求对钠离子电池进行新的发现和全面的分析，而不是简单地重复锂离子电池系统。侴术雷教授等人系统地介绍了阴离子氧化还原的研究，将高容量过渡金属氧化物正极材料的最新进展按与阴离子氧化还原的不同类别进行分类和总结。讨论了现有的挑战以及可用的解决方案和策略，并在最后提出了新的见解，这一工作有望为控制阴离子氧化还原活性和寻找新型高容量的钠离子电池氧化物正极材料提供新的思路。
文献信息：Sodium transition metal oxides: the preferred cathode choice for future sodium-ion batteries?Energy Environ.Sci. 2021, 14, 158.（DOI:10.1039/D0EE02997A)
☟2.Angew.：调控层状P2@P3尖晶石结构演变助力钠离子电池正极材料
侴术雷教授等人报道了一种层状P2@P3尖晶石三相复合结构Na0.5Ni0.1Co0.15Mn0.65Mg0.1O2正极材料，而且通过合理的化学元素取代成功地调控了三相复合结构的演变过程。由于其三相共生结构和化学元素取代的双功能调制策略，这种正极材料表现出优异的钠离子半/全电池性能。另外，通过STEM、原位XRD、原位XAS等表征技术，作者不仅深入分析了固有的层状P2@P3尖晶石复合结构，而且清楚地阐明并确认了电荷补偿机制、结构演变、原子排列和相转变过程。这项工作为高性能电池正极材料的设计开辟了一个新的研究领域。
文献信息：Manipulating Layered P2@P3 Integrated Spinel Structure Evolution for High-Performance Sodium-Ion Batteries.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9299.(DOI:10.1002/anie.201915650)
☟3.Angew.：不怕水的层状复合正极材料构建高效钠离子电池！
不含Ni或Co的低成本层状氧化物被认为是未来钠离子电池最有前途的正极材料之一。然而，层状正极界面处发生的电化学腐蚀导致容量和循环寿命的严重降低。侴术雷教授等人设计了一种新型P2@P3Na0.78Cu0.27Zn0.06Mn0.67O2复合材料（NCZM），由Zn掺杂诱导的P2@P3层状氧化物复合物仅由廉价过渡金属组成，作为钠离子电池正极材料展示出高倍率和长循环寿命性能。复合材料中的部分Zn替代可以有效地促进和控制P2@P3双相的形成，而双相的协同作用，不仅能够改善结构/电化学稳定性以及离子扩散速率，还改善了耐湿性。基于原位及光谱测试表征分析揭示了Cu2+/3+氧化还原反应的可能途径，并提出该复合材料的机理为固溶和两相机理。
文献信息：A Hydrostable Cathode Material Based on the Layered P2@P3 Composite that Shows Redox Behavior for Copper in High-Rate and Long-Cycling Sodium-Ion Batteries.Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1412. (DOI:10.1002/ange.201811882)
☟4.AFM综述：钠离子电池正极商业化的必然选择：层状过渡金属氧化物与普鲁士蓝类似物
随着对可再生能源和清洁能源需求的快速增长，并且由于钠资源丰富成本低廉，钠离子电池已成为当前商用锂离子电池的替代产品。为了进一步推进其发展，侴术雷教授等人就层状过渡金属氧化物和普鲁士蓝类似物（PBA）作为钠离子电池正极材料的商用前景进行了综述，总结了将其用作钠离子半电池和全电池的最新进展。此外，还将它们的电化学性能，大规模制备的可行性，成本以及对未来前景进行了详细的比较。预计这次总结将进一步激发层状过渡金属氧化物和普鲁士蓝类似物相关的研究。
文献信息：The Cathode Choice for Commercialization of Sodium-Ion Batteries: Layered Transition Metal Oxides versus Prussian Blue Analogs.Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 15.(DOI:10.1002/adfm.201909530)
☟5.Nat. Commun：富钠菱方相普鲁士蓝用于钠离子电池
侴术雷教授等人报道了一种可控沉淀法，发现了高钠含量的菱方相铁基普鲁士蓝的生长规律，成功制备了高性能的铁基普鲁士蓝作为正极材料用于钠离子电池。这一成果发表在Nature Communications上。该材料具有高的首次库伦效率、优异的循环及倍率性能，并且能够扩大化生产以及在软包电池中展现出稳定的循环性能。这项工作为普鲁士蓝正极材料在钠离子电池中的实际应用奠定了基础。
文献信息：Reversible structural evolution of sodium-rich rhombohedral Prussian blue for sodium-ion batteries.Nat. Commun. 2020, 11, 980.(DOI:10.1038/s41467-020-14444-4)
☟6.Angew.：外延亚铁氰化镍稳定亚铁氰化锰的Jahn-Teller畸变助力钠离子电池
锰基普鲁士蓝，Na2-δMn[Fe(CN)6]（MnPB），由于其高容量，是钠离子电池（SIBs）正极材料的理想候选者。然而，在电池循环过程中，由于Mn2+被氧化为Mn3+时会发生不稳定的Jahn-Teller畸变，从而导致电池容量严重衰减。侴术雷教授等人报道了一种通过外延镍基普鲁士蓝(Na2-δNi[Fe(CN)6])（NiPB）外层来稳定MnPB的方法。NiPB与MnPB具有相似的晶格，因此如果一种材料生长在另一种材料的表面上，它们可以相互耦合。富Mn相和富Ni相在充放电过程中都发生了相变，与纯MnPB相比，这些相变是完全可逆的，即使在长时间循环后也是如此。这表明富Ni外层在稳定通常电化学不稳定的富Mn核方面具有积极的作用。研究人员认为富Ni外层的外延性质对富Mn内层施加了各向异性应变，这可以防止它在脱钠过程中通常经历的Jahn-Teller畸变。
文献信息：Epitaxial Nickel Ferrocyanide Stabilizes Jahn-Teller Distortions of Manganese Ferrocyanide for Sodium-Ion Batteries.Angew. Chem. Int. Ed. 2021. (DOI: 10.1002/anie.202106240)
☟7.AEM：结构决定性质——基于结构调控改善锰基普鲁士蓝的储钠性能
普鲁士蓝同系物因其制备简单、原料廉价等优点而被广泛关注。尤其是锰基普鲁士蓝，其输出容量大、电压平台高，是一种具有前景的钠离子正极材料。但是，由于在循环中存在锰溶解导致锰基普鲁士蓝的循环性能不理想；在充放电过程中出现trigonal向cubic相转变等问题，从而引起较大的晶格应变而影响循环性能。侴术雷教授等人通过对锰基普鲁士蓝的结构进行调控，缓解Mn溶解及相转变等引起的晶格畸变对钠离子存储性能的影响，并对于锰基普鲁士蓝结构在钠离子存储方面的影响进行详细的阐述。发现，当Mn元素被1/6Fe取代后，可以得到立方结构的富钠离子的Fe/Mn二元普鲁士蓝的样品，避免了不可逆的trigonal-cubic相转变。电化学性能测试表明，掺杂Fe元素的Mn基普鲁士蓝同系物比未掺杂的样品，其循环性能、倍率性能有很大程度的提高。掺杂后的样品不仅在电化学方面得到了很大程度的改善，其结构的热稳定性也得到了提升。通过测试发现在温度低于270ºC，Na1.60Mn0.833Fe0.167[Fe(CN)6]仍可保持原始的立方结构。此外，这些材料是通过可规模化的共沉淀法制备的。所以，这个二元Fe/Mn普鲁士蓝同系物还有很大潜力有待挖掘。
文献信息：Stress Distortion Restraint to Boost the Sodium Ion Storage Performance of a Novel Binary Hexacyanoferrate.Adv. Energy Mater. 2020, 10, 11.(DOI:10.1002/aenm.201903006)
☟8.Nat. Commun：低成本、高功率密度且空气中稳定的钠电正极：Na4Fe3(PO4)2(P2O7)
侴术雷教授等人报道了一种低成本的NASICON型正极材料Na4Fe3(PO4)2(P2O7)，在全天候温度条件下表现出优良的储钠性能。与可调的碳包覆纳米颗粒结合形成了坚固的复合材料而不失其结晶度。均匀碳包覆的纳米尺寸颗粒提供了快速的电子传输以及高离子扩散能力，实现了其优异的倍率性能。-20℃/50℃的低/高温下具有良好的循环稳定性，并且该材料在空气中暴露3个月后仍然稳定。原位同步辐射X射线衍射（XRD）和原位X射线吸收近边结构（XANES）分析进一步揭示了Na4Fe3(PO4)2(P2O7)优异的可逆性。采用密度泛函理论（DFT）以及键价和（BVS）计算来检测每一种可能的钠扩散路径。
文献信息：NASICON-type air-stable and all-climate cathode for sodium-ion batteries with low cost and high-power density,Nat. Commun. 2019, 10, 1480.(DOI:10.1038/s41467-019-09170)
☟9.Angew.：阴阳离子双重掺杂提高大功率钠离子电池钛氧化还原电位
钛基聚阴离子由于其优异的结构稳定性和热安全性而被广泛研究用于钠离子电池。然而，其低工作效率阻碍了进一步的应用。侴术雷教授等人首次结合实验和第一性原理计算，报道了一种阳离子/阴离子双重掺杂的Na3Ti0.5V0.5(PO3)3N材料，可以提高Ti3+/Ti4+的氧化还原对电势。
文献信息：Strategy of Cation and Anion Dual Doping for Potential Elevating of Titanium Redox for High-Power Sodium-Ion Batteries.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 12076.(DOI:10.1002/anie.202003275)
☟10.Angew.：Na3V(PO3)3N-高电压高功率的钠离子电池正极
侴术雷教授等人报道了采用氮掺杂的氧化石墨烯包覆具有碳层的Na3V(PO3)3N复合材料（VN/C@NGO），通过材料的空气稳定性和耐水性的测试，以及在所有气候条件下，具有快速的、稳定的、良好的贮钠性能，同时与纳米粒子复合不降低其原始材料的结晶度。
文献信息：Development and Investigation of a NASICON-Type High-Voltage Cathode Material for High-Power Sodium-Ion Batteries.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2449.(DOI:10.1002/ange.201912964)
☟11.AEM综述：高丰度低价格的金属基钠离子电池正极材料：局限，进展与关键技术
金属钠与金属锂相比，作为负极时氧化还原电压较高，且钠离子半径较大，倍率性能较差，但是考虑到钠元素的地壳储量丰度，在固定储能装置中，钠离子电池拥有很大的潜在应用价值。与锂离子电池相比，钠离子电池同样具有“摇椅式”反应机理，在全电池中，其正负极材料均需要可逆的嵌入/脱嵌钠离子。目前有大量关于钠离子电池的研究工作主要集中于材料的储钠机理，形貌调控，结构设计以及电化学性能改善，但是很少有考虑到钠离子电池正负极材料的成本问题。铁元素与锰元素是目前价格最低廉的两种过渡金属元素，而通常以这一种/两种元素构成的磷酸盐、焦磷酸盐或者有机化合物都能够表现出优异的储钠电化学活性。侴术雷教授等人总结了近期钠离子电池中价格较为低廉的铁基与锰基的正极材料发展，包括层状氧化物材料，聚阴离子材料（包括有机化合物），以及普鲁士蓝类的材料。文章将材料的结构与电化学性能加以总结联系，能够更好地指导未来材料的结构设计。
文献信息：High-Abundance and Low-Cost Metal-Based Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries: Problems, Progress, and Key Technologies.Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803609.(DOI:10.1002/aenm.201803609)
02 室温钠硫电池
☟12.Nat. Commun：硫化镍纳米晶/氮掺杂多孔碳管用于室温钠硫电池
多硫化物溶解和转换反应的电化学动力学慢导致硫正极利用率低，制约了常温钠硫电池的进一步发展。侴术雷教授等人在Nature Communications期刊上报道了一种多功能的硫载体，即在氮掺杂的多孔碳纳米管中植入镍基纳米晶，这种纳米晶的合理设计，可以实现多硫化物的高效固定和转化。由于物理约束和化学键合的协同作用，使得基体的高导电性、封闭的多孔结构和极化的添加剂有效地固定了多硫化物，更具意义的是，路易斯碱基体和NiS2组分的电催化行为可以通过原位XRD和密度泛函理论得到清晰的证明。因此，所制得的硫正极在常温Na/S电池中表现出
文献信息：Nickel sulfide nanocrystals on nitrogen-doped porous carbon nanotubes with high-efficiency electrocatalysis for room-temperature sodium-sulfur batteries.Nat. Commun. 2019, 10, 4793.(DOI:10.1038/s41467-019-11600-3)
☟13.Nat. Commun：原子级别的钴作为有效的电催化剂应用于室温钠硫电池
侴术雷教授等人成功地合成了一种高效的硫载体材料—空心碳球（碳壁厚度约为5nm）上负载的原子级别的钴。通常情况下，原子级别的金属由于其高能量和不稳定性难以在纯碳材料中形成，然而通过硫的升华，S和Co能够形成Co-S键，从而将原子级Co成功引入S@Con-HC复合材料中。于此同时，Co-S键也能够提高S的反应活性，从而提高其电化学性能。该结果证实了原子级Co具有比Co纳米颗粒和CoS2纳米颗粒更强的电催化能力。这项工作将电池和电催化领域联系起来，为电极材料的新颖设计提供了新的探索方向，可推动各种电池技术的发展。这一成果近期发表在Nature Communications上。
文献信息：Atomic cobalt as an efficient electrocatalyst in sulfur cathodes for superior room-temperature sodium-sulfur batteries.Nat Commun. 2018, 9, 4082.(DOI:10.1038/s41467-018-06144-x)
☟14.Angew.综述：多电子反应硫基正极材料用于室温钠离子电池
新兴的可充钠离子储能体系（如钠离子电池和室温钠硫电池）正凭借其低成本优势而逐渐成为规模储能的最佳选择。由于具有高丰度、易于制备和独特的物理化学性质，以金属硫化物和单质硫为代表的硫基正极材料成为基于多电子转化反应的高容量高可逆性钠离子的储能体系中最有希望的候选者。侴术雷教授等人对硫基正极材料的储钠机理提出了审慎的观点。他们对最近有关金属硫化物作为钠离子电池负极材料时改善电子电导和体积膨胀耐受力的工作进行了总结概括。此外，还对当前室温钠硫电池中所用硫正极的发展进行了分析。最后，文章对硫基正极材料在钠离子电池和室温钠硫电池中的关键问题、当前挑战以及发展前景进行了探讨。
文献信息：Sulfur-based electrodes via multi-electron reactions for room-temperature sodium-ion storage.Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 2.(DOI:10.1002/anie.201902552)
☟15.Adv. Mater.：一种用于优质室温钠硫电池的具有高效机制的高动力学硫阴极
目前，由于硫的绝缘性，硫与钠的缓慢氧化还原动力学以及多硫化钠的溶解和迁移，室温钠硫（RT-Na/S）电池的应用受到了阻碍。侴术雷教授等人提出了一种新型的由FeS2电催化剂支撑的在密闭的碳纳米管中原位生长微米级分级S阴极。层次碳矩阵可以为多硫化物提供多种物理包裹，而FeS2纳米颗粒展现出低的Na离子扩散势垒、强大的结合能和高聚硫化钠亲和力。它们的结合使其成为固定多硫化物并实现多硫化物向Na2S可逆转化的理想S基质。重要的是，分级S阴极适合通过廉价且绿色喷雾干燥方法进行大规模生产。多孔的分级S阴极提供65.5wt％的高硫含量，并且可以提供高的可逆容量（300个循环0.1A g-1下524mAh g-1）和出色的倍率容量（850个循环1Ag-1下395mAh g-1），在科学研究和实际应用方面都具有广阔的前景。
文献信息：A High-Kinetics Sulfur Cathode with a Highly Efficient Mechanism for Superior Room-Temperature Na-S Batteries.Adv. Mater. 2020, 32, 10.(DOI:10.1002/adma.201906700)
☟16.Angew.：过渡金属纳米团簇-硫相互作用的长寿命室温钠硫电池
室温钠硫电池的性能目前差强人意，表现为可逆容量低和容量衰减快。硫及其放电产物硫化钠的低导电性是其反应活性低和可逆容量差的罪魁祸首。另外，区别于传统的电池反应，硫在储钠过程中会产生一系列可溶性的中间体多硫化钠。多硫化物的溶解和后续与电解液的副反应直接导致活性材料的流失，从而导致容量的快速衰减。在提高电极导电性的同时，将多硫化物固定在正极材料中成为优化硫正极的重要策略。近年来，借助构建极性-极性相互作用，具有内部极性的硫载体被证明能够有效抑制多硫化物的溶解。目前报道的具有内部极性的硫载体主要有金属硫化物和金属氧化物。该工作创新性地研究了过渡金属纳米团簇对多硫化物的固定和转换作用。侴术雷教授等人通过将过渡金属（M = Fe，Cu，Ni）纳米团簇负载在空心碳球上，通过高温载硫而构建出具有极性的硫正极（S@M-HC）。在循环的过程中，极性位点在固定多硫化物的同时还可电催化多硫化物快速分解生成短链的硫化物，高效避免多硫化钠的溶解、流失，提高S的反应活性且有效地抑制“穿梭效应”。
文献信息：Long-Life Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries by Virtue of Transition-Metal-Nanocluster-Sulfur Interactions.Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 1484.(DOI:10.1002/anie.201811080)
☟17.ACS NANO：多区域Janus特征的磷化钴/钴复合材料，用于高度可逆的室温钠硫电池
在硫正极中复合极性亲硫组分，能对多硫化物中间体产生强化学吸附力和催化作用，是提高金属硫电池的性能的有效策略之一。然而，极性组分的设计和硫正极结构构造是极具挑战的，需要满足与多硫化物具有亲合力，高导电性和强极性等要求。基于以上现状，侴术雷教授等人通过杂种沸石咪唑化物骨架的连续碳化-氧化-磷酸化获得的多区域Janus特征的CoP-Co结构。结构优点包括CoP-Co结构中存在的异质结构以及N掺杂的多孔碳纳米管空心笼（NCNHC）的导电网络，因此使它在短程和长程中均具有出色的导电性，并且对多硫化物具有强极性。因此，S@CoP-Co/NCNHC正极表现出优异的电化学性能（在1Ag-1下循环700次，可保留448mAh g-1），并在硫转化中具有最佳的氧化还原机理。密度泛函理论计算表明，CoP-Co结构优化了键结构和带宽，而纯CoP低于相应的费米能级，这可能会从吸附性能和电荷从CoP-Co表面到Na2Sx的转移上带来实质性的好处，从而改善其对多硫化物的亲和力。
文献信息：Multiregion Janus-Featured Cobalt Phosphide-Cobalt Composite for Highly Reversible Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries.ACS Nano. 2020, 14, 10284.(DOI:10.1021/acsnano.0c03737)
☟18.ACS Nano：通过多亚硫基位点电催化S正极用于出色的室温钠硫电池
具有可持续和低成本的室温钠硫(RT-Na/S)电池具有广泛的应用前景。然而，由于硫的活性较低，以及多硫化物中间体与硫化钠之间的缓慢的转化动力学，实现其高容量和循环稳定性仍然是一个巨大的挑战。有鉴于此，侴术雷教授等人报道了一种具有核壳纳米结构和多硫正极（核壳ZCS@S）的RT-Na/S电池。柔性的碳结构有效地缓冲了循环过程中体积的变化，并提供了封闭的空间来存储具有S8。显著地，多硫位点(ZnS和CoS2)增强了对多步S转化的催化作用，有效地抑制了长链多硫化物的溶解，改善了短链多硫化物的动力学。因此，获得的S正极展现出增强的循环性能(570mAh g-1在0.2A g-1超过1000次循环)，良好的倍率性能(250mAh g-1在1.0A g-1超过2000次循环)，并具有较高的实际应用能量密度为384Wh kg-1。
文献信息：Electrocatalyzing S Cathodes via Multisulfiphilic Sites for Superior Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries.ACS Nano, 2020, 14, 7259.(DOI:10.1021/acsnano.0c02488)
03 钠离子电池负极材料
☟19.AEM综述：硬碳负极在锂/钠/钾离子电池中的研究进展和商业化前景
钠离子电池被认为是最有商业化前景的低成本、大规模储能体系之一，硬碳以其成本低廉、性能优越等优点成为钠电商业化的首选负极材料。而且，硬碳在锂离子电池和钾离子电池中，也有优越的电化学性能。然而，由于硬碳复杂的结构，其存储Li/Na/K离子的机理还不够明确，其可逆比容量和循环稳定性都距商业化应用有一定差距。侴术雷教授等人深入讨论了硬碳负极的最新研究进展，对硬碳的储能机理进行了深入分析，总结提出了“吸附-嵌入-填充”机理。同时，从材料设计和电解液优化方面，总结了提高硬碳负极电学性能的策略。文章还介绍了硬碳在钠离子电池初步商业化中的应用，并对硬碳的研究前景进行了展望分析。
文献信息：Hard Carbon Anodes: Fundamental Understanding and Commercial Perspectives for Na-Ion Batteries beyond Li-Ion and K-Ion Counterparts. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2002704.(DOI:10.1002/aenm.202002704)
☟20.Angew.：界面工程产生的超高初始库仑效率用于实现快速、稳定的钠存储
具有高初始库仑效率意味着有效的界面结构和极少的电解液消耗，从而提高了电池的寿命和功率输出，因此具有重要意义。侴术雷教授等人合作报道了一种具有FeS2纳米团簇（~1~2nm）嵌入N，S掺杂碳基体（FeS2/N，S-C）的高容量钠存储材料，其表面具有缺陷修复特性，点阵分布着Fe-N-C/Fe-S-C键。在初始放电过程中，FeS2/N，S-C具有均匀的超薄富NaF（6.0nm）固体电解质界面（SEI），从而获得了可验证的超高初始库仑效率（~92%）。
文献信息：Ultra-High Initial Coulombic Efficiency Induced by Interface Engineering Enables Rapid, Stable Sodium Storage.Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 11481.(DOI:10.1002/anie.202102368)
☟21.Angew.：二维TiO2-碳超晶格垂直封装在三维空心碳纳米球中，并嵌入零维TiO2量子点，用于钠离子电池
在调控金属离子插层化学方面，二维（2D）超晶格提供了很有前途的技术机会。侴术雷教授等人采用分子介导热诱导方法合成了具有可调层间距的单层TiO2和碳的有序二维超晶格,并将其垂直封装在嵌有TiO2量子点的空心碳纳米球中，以形成0D-2D-3D多尺度结构。封装了二维超晶格的多维结构展示出接近零应变的特性和丰富的电化学活性，实现了高效的Na+存储性能，展示出优异的倍率性能和循环稳定性。
文献信息：2D Titania-Carbon Superlattices Vertically Encapsulated in 3D Hollow Carbon Nanospheres Embedded with 0D TiO2Quantum Dots for Exceptional Sodium-Ion Storage.Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 14125.(DOI:10.1002/ange.201907189)
☟22.Angew.：TiO2纳米晶中的P调制触发表面无序实现卓越的储钠性能
结构调制和表面工程对于快速有效的电荷存储具有显著的优势。侴术雷教授等人提出了磷调制策略，同时实现表面结构无序化与内部原子级P掺杂，以提高TiO2的Na+储存动力学。所得到的P掺杂TiO2纳米晶具有显着的核-壳-壳特征：（i）内核为原子级P掺杂TiO2，其中P掺杂剂的引入显著提高了电荷转移反应动力学和结构稳定性；（ii）在碳涂层和TiO2核之间形成薄的无序结构中间层，可以显著增加电化学活性；（iii）最外层的N掺杂石墨碳纳米层能够确保快速的电子传输。研究发现原子级P掺杂的TiO2纳米晶表现出有利的电子结构，增强的结构稳定性、Na+转移动力学以及表面电化学反应性，在Na+插入期间仅有~0.1％的体积变化，具有真正的零应变特性。该材料展示出优异的储Na性能，包括超高倍率（50C下210mAh g-1）和强大的长循环稳定性（30C下5000次循环无显著的容量衰减）。
文献信息：Phosphorus-Modulation-Triggered Surface Disorder in Titanium Dioxide Nanocrystals Enables Exceptional Sodium-Storage Performance.Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4022.(DOI:10.1002/ange.201813721)
☟23.Angew.：多级中空CoP@C高效储钠/钾
侴术雷教授等人，通过对甘油三酸酯前体进行简单地一步碳化和磷化处理，合成了多级中空CoP和碳复合材料。该复合材料由CoP@C球组成，其中CoP纳米颗粒外有一层薄的碳层。作者评估和讨论了所制备CoP@C复合材料作为SIBs和PIBs负极材料的电化学性能。还通过原位TEM、原位同步辐射XRD和DFT计算，研究了循环过程中的结构演变及Na/K和CoP之间的相互作用。CoP@C复合材料的导电碳层不仅可以加快电子的传导，而且可以将CoP纳米粒子限制在一起，保持电极完整性，并防止在反复的放电/充电过程中发生电极粉化。中空结构有利于活性材料与电解液之间的接触，以及在充电/放电过程中有效地缓冲体积变化。研究表明，所制备的CoP@C复合材料具有出色的钠和钾存储能力，可作为可充电电池的负极材料。该成果发表在国际权威期刊Angew. Chem上。
文献信息：Facile Synthesis of Hierarchical Hollow CoP@C Composites with Superior Performance for Sodium and Potassium Storage.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 132, 5197.(DOI:10.1002/anie.201913683)
☟24.AEM：分子结构及形貌调控激活磷化铜材料高性能储钠
众所周知，铜金属由于其低成本和高导电性而被广泛应用于电子器件中，在电池系统中常常作为集流体，而不能作为储能电极。但是，受分子工程的启发，通过杂原子磷的引入可以将铜转化为活性物质，从而触发其作为电极材料的可行性。铜骨架的高导电性与磷材料优异储钠性能的协同作用，将有望提高钠离子电池的储钠性能，使磷化铜成为合格的钠离子电池负极材料。侴术雷教授等人根据铜前驱体的不同形貌，通过磷酸化反应合成出一系列磷化铜材料，其中双壳磷化铜空心纳米立方(DS-Cu3P)在≈0.2V(放电)和≈0.9V(充电)电位处具有可逆的氧化还原反应，在50mA g−1电流密度下可提供325mAh g−1的高容量。通过同步辐射粉末X射线衍射（PXRD）可证实材料中的可逆相变，通过对循环伏安曲线和电化学阻抗谱的分析，作者发现赝电容贡献和稳定的固态电解质界面膜使电池具有优异的倍率性能和循环寿命。此外，作者还合成了较厚的单壳层Cu3P空心纳米立方（SS-Cu3P）和块状Cu3P（B-Cu3P）作为对照。研究表明，较厚的壳层和块状结构会阻碍Na+离子和电子的迁移，导致缓慢的反应动力学。
文献信息：Manipulating Molecular Structure and Morphology to Invoke High-Performance Sodium Storage of Copper Phosphide.Adv. Energy Mater. 2020, 10, 8. (DOI:10.1002/aenm.201903542)
☟25.AEM：将超薄二维超晶格限制在中孔空心球中可提供超快和高容量的钠离子存储
通过插层式电化学过程进行的电荷存储可最大程度地减少体积变化，这对于实现长期稳定的循环至关重要。二氧化钛是一种基于插层化学的优选负极，因为它的特点是成本效益，高电化学稳定性，相对于Na/Na+的工作电压低以及在充电和放电时结构上的微小变化。然而，低电导率和源自其半导体性质的缓慢的固态Na+扩散率导致缓慢的电化学动力学，导致容量快速下降，速率增加，在高电流密度下循环稳定性较差。因此如何改善上述问题仍然是一个艰巨的挑战。侴术雷教授等人通过构造了在介孔TiO2@C空心纳米球内部垂直排列的二维二氧化钛-碳超晶格的片中球纳米结构。在这种设计中，超薄2D超晶格由二氧化钛和碳的有序交替单层组成，从而为电子和Na+离子的快速传输提供了互穿的途径，并为Na+储存提供了2D异质界面。动力学分析表明，二维异质界面和介孔率的组合会导致插层伪电容电荷存储机制，从而触发超快的胶粘动力学。原位透射电子显微镜成像和原位同步加速器X射线衍射技术阐明了片内球形结构可以保持机械和晶体学结构稳定性，从而产生了非凡的高倍率性能，显着的稳定循环以及低的容量衰减比。在0.2C的500个循环中，每循环0.04％，并且在50C的情况下在20000循环中具有极高的长期循环能力。这项研究提供了一种通过设计分层结构来实现高功率密度和长期循环能力的电池的方法纳米结构。
文献信息：Confining Ultrathin 2D Superlattices in Mesoporous Hollow Spheres Renders Ultrafast and High-Capacity Na-Ion Storage.Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2001033.(DOI:10.1002/aenm.202001033)
☟26.ACS Nano：多功能的TiN助力于提高磷基负极材料的库伦效率及稳定性
近些年，钠离子电池作为新一代储能器件因价格便宜、资源分布广等而被广泛关注，有望用于大规模的储能系统中。就负极材料而言，硬碳、红磷因价格低廉、环保等特点认为是具有商业前景的候选者。红磷材料商业可得，而且储钠的理论容量很高（2600mAh/g），约是硬碳的10倍。其与锂离子电池中Si负极相媲美，可为实现高能量密度的钠离子电池提高基础。然而，红磷材料由于自身导电性差、循环过程中经历较大的体积膨胀等缺点，面临着首周库伦效率低及循环不稳定等问题。侴术雷教授等人首次利用TiN的硬度、导电性良好及吸附作用，并用球磨法将其引入到磷-碳复合材料中，从而提高了红磷材料的首周库伦效率及循环稳定性。并且通过XPS、密度函数计算及电化学表征等探究了TiN在磷-石墨复合材料中的关键作用。TiN起着导电性的支撑物的作用，一是防止石墨层在范德华力作用下的堆叠，二是通过TiN与碳之间通过键合的作用形成三维的电子网络结构。除此之外，TiN对循环后粉化的红磷颗粒有吸附作用从而减少了“失活的红磷颗粒”。基于此，P/TiN/C复合物的首周库伦效率提高至86.8%，且循环稳定性得到提高（1500圈后容量保持率82.1%）。
文献信息：Three-Dimensional Electronic Network Assisted by TiN Conductive Pillars and Chemical Adsorption to Boost the Electrochemical Performance of Red Phosphorus.ACS Nano, 2020, 14, 4609.(DOI:10.1021/acsnano.0c00216)
☟27.AEM：超薄2D TiS2纳米片用于高容量长寿命钠离子电池
由于钠离子半径较大导致的离子扩算较慢，使得储钠电极材料具有较差的循环和倍率性能。高表面积二维纳米材料是近年来的研究热点，由于具有独特的物理和化学特性，被应用在多个领域。通过将块体材料减薄能够显著提升材料的性能。侴术雷教授等人报道了通过使用Silverson型L5M剪切混合器将MP-TiS2剥离成超薄TiS2纳米片，用于钠离子电池中展示出优异的循环性能（0.2A g-1下200次循环后386mAh g-1）。稳定的插层机制和超薄TiS2固有物理性质的协同作用是长寿命和高倍率的原因。这种简便的合成方法有望扩大超薄2D材料的制备。
文献信息：Ultrathin 2D TiS2Nanosheets for High Capacity and Long-Life Sodium Ion Batteries.Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803210.(DOI:10.1002/aenm.201803210)
☟28.AEM: 可调阳极氧化策略构建非晶氧化钒/MXene纳米复合材料用于高性能钠离子电池
目前，已报道的钠离子电池正极通常以晶型材料为主，其容量和倍率性能仍有待提高；与之相比，具有随机短程网络的无定形材料可提供大量缺陷/空位来存储Na+，并具有高度各向同性的通道可实现Na+的快速扩散，理论上可同时实现高容量和高倍率性能，上述结构优势使其极具吸引力。若将无定形活性材料进一步耦合到二维导电载体上，构筑兼具高电子电导、高离子电导的纳米复合结构，更可能会产生强大的协同效果，显著提高钠离子电池性能。然而，体现出这一结构设计的相关研究却鲜有报道。基于上述背景，侴术雷教授等人通过可调阳极氧化策略，构筑了一种在V2C MXene上共形包覆非晶态VOx（a-VOx/V2C）的纳米复合材料。测试结果显示，a-VOx/V2C作为钠离子电池正极材料在50mA g-1电流密度下，其可逆容量达到307mAh g-1，2000mA g-1的容量可达96mAh g-1，并具有良好的循环稳定性。随后，通过原位Raman、原位TEM、原位XANES以及DFT计算，进一步探究了a-VOx/V2C充放电过程中钠离子的存储机制。研究结果表明，a-VOx/V2C优异的电化学性能源于其非晶态VOx和层状MXene的共同作用；其中VOx层为钠离子嵌脱提供足够的活性位点和开放路径，而层状MXene则提供丰富的电子/离子传输通道。
文献信息：Architecting Amorphous Vanadium Oxide/MXene Nanohybrid via Tunable Anodic Oxidation for High-Performance Sodium-Ion Batteries.Adv. Energy Mater.2021, 11, 2100757.(DOI:10.1002/aenm.202100757)
04 钠离子电池其他体系
☟29.Angew.：基于非枝晶状和高度可逆的钠金属阳极的Li-Na复合电池
高度可逆、稳定、非枝晶状金属阳极（Li、Na等）是下一代高能电池的重要要求。侴术雷教授等人构建了一种Li-Na复合电池。该电池在循环100次后仍具有高且稳定的库仑效率（99.2%），还具有电压滞后低（2mA cm−2时为42mV）和电荷转移快等特点。由于Li+静电屏蔽层的存在，即使在5mA cm−2的高电流密度下，Na沉积也呈现出立方形态而非枝晶状。采用密度泛函理论模拟了Li+和Na+的溶剂化/脱溶过程，揭示了Na+具有较快的去溶剂化动力学。由于Na金属负极的优越性能，与LiFePO4正极匹配组成的Li-Na复合电池表现出低电压滞后和稳定循环性能，证明了其在实际应用中的可行性。
文献信息：An Alternative to Lithium Metal Anodes: Non-dendritic and Highly Reversible Sodium Metal Anodes for Li-Na Hybrid Batteries.Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 14796.(DOI:10.1002/ange.201808592)
☟30.AEM综述：设计先进的钒基材料以实现钠/钾离子电池中的电化学活性多电子反应
在所有电极材料中，钒基材料因为它们具有稳定的晶体框架、高的工作电压和高的能量密度。更重要的是，许多钒基材料相对于Na和K表现出丰富多样的电化学反应和行为，应及时对其进行系统总结。侴术雷教授等人介绍了不含碱金属离子的合材料和含碱金属离子复合材料，重点是钒的电化学活性多电子反应机理。近年来，关于钒基材料在钠离子电池和钾离子电池中应用的出版物数量不断增加，文章着重强调了简便的合成方法以及碱金属离子的存储机理。还旨在提供对钠离子电池和钾离子电池中这些钒基电极结构-功能-性能关系的详细而全面的理解。将特别关注一些关键参数，如工作电压、局部钒元素环境、初始循环库仑效率、长期循环稳定性，最重要的是如何最大程度地发挥钒元素的多电子潜能。此外，还详细讨论了进一步提高正极能量密度的潜在策略以及探索新的钒基负极/正极的可能途径。希望本综述能阐明钒基复合材料的重要性，并探索实用的方法来为下一代储能设备提供更具竞争力的电池系统。
文献信息：Designing Advanced Vanadium-Based Materials to Achieve Electrochemically Active Multielectron Reactions in Sodium/Potassium-Ion Batteries. Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2002244.(DOI:10.1002/aenm.202002244)
原文刊载于【Carbon Energy】公众号
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