武汉理工大学材料学院麦立强

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武理工麦立强&安琴友Nano Energy : 碱金属离子预嵌层状氧化钒纳米线及其稳定储镁行为

武汉理工大学麦立强教授、安琴友副研究员(共同通讯作者)等提出碱金属离子(Li+, Na+, K+)预嵌入以改善层状氧化钒(A-V3O8)Mg2+储存的结构稳定性，并在Nano Energy上发表了题为“Alkali Ions Pre-intercalated Layered Vanadium Oxide Nanowires for Stable Magnesium Ions Storage”的研究论文。从实验结果可以看出，随着预嵌入离子半径的增加，正极的循环性能得以提高。为了解释优化原理，作者使用密度泛函理论(DFT)计算来模拟预嵌入阳离子和层状结构之间的相互作用。在插层化合物A-V3O8(A = Li, Na, K)中，Na+预嵌入材料(NaV3O8)的电化学性能优于大多数RMB正极材料。此外，还证明了NaV3O8的反应机理。该工作证实适当碱金属离子的预嵌入是提高RMB层状正极材料电化学性能的有效策略。

综上所述，作者基于结构分析、电化学测试和DFT计算，系统地研究了碱金属阳离子(Li+, Na+, K+)预嵌入氧化钒作为镁电池的优化正极材料。用Na+预嵌入产生更稳定的层间结构，可允许Mg2+自由扩散并防止层状结构坍塌。结果表明，层状结构中适当的预嵌入离子可以提高镁电池中的Mg2+嵌入容量和循环性能。上述现象归因于层状结构和嵌入的碱金属离子之间的稳定作用。插入的离子将充当“支柱”以稳定层状空间和缓冲空间，以适应在充电和放电过程中分层结构的膨胀/收缩。这一优化策略为调节钒氧化物的扩散通道提供了一种有效且可行的方法。另一方面，首次揭示了NaV3O8在镁离子储存中的结构演变和单相反应机理，对进一步优化层状钒基材料的Mg2+储存具有指导意义。