ACS Nano是化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的頂級期刊之一，在國際上擁有廣泛的影響力，其收錄的文章主要分布在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，對研究的原創(chuàng)性、結(jié)構(gòu)的新穎性等有著極為嚴(yán)格的要求，最新影響因子為13.942。

近日，美國化學(xué)學(xué)會旗艦期刊ACS Nano刊發(fā)我校重質(zhì)油國家重點實驗室吳明鉑團隊在碳基復(fù)合儲能材料領(lǐng)域的最新研究成果“Metal-Organic Frameworks Mediated Synthesis of One-Dimensional Molybdenum-Based/Carbon Composites for Enhanced Lithium Storage”（金屬有機框架材料輔助合成高儲鋰性能的一維鉬基化合物/碳復(fù)合材料）。該成果提出一種新型構(gòu)筑高性能碳基復(fù)合儲能材料的方法，對設(shè)計合成新一代電池電極材料具有重要指導(dǎo)意義和參考價值。我校化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)2015級碩士研究生田巍為第一作者，吳明鉑教授為通訊作者，中國石油大學(xué)（華東）為第一署名單位。

近年來，隨著消費類電子產(chǎn)品和新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，開發(fā)具有高能量密度、大倍率特性以及長使役壽命的鋰離子電池已成為新能源領(lǐng)域的研究重點和熱點。作為鋰離子電池的關(guān)鍵材料，傳統(tǒng)石墨負(fù)極性能已近極限，基于石墨負(fù)極的鋰離子電池性能已無法滿足實際應(yīng)用快速增長的需求。因此，設(shè)計和開發(fā)新結(jié)構(gòu)、高性能的鋰離子電池負(fù)極材料成為當(dāng)前的迫切任務(wù)。過渡金屬化合物具有遠(yuǎn)高于石墨電極的容量，但其導(dǎo)電性差以及明顯的體積膨脹效應(yīng)極大限制了其作為鋰離子電池電極材料使用時的性能和壽命。將過渡金屬化合物與納米碳材料進行有機耦合，構(gòu)筑具有分級多孔結(jié)構(gòu)的雜化材料有望從根本上提升其電化學(xué)性能。因不同組分間表界面性質(zhì)迥異，在微納米尺度下如何簡單、高效地實現(xiàn)這些組分的均勻可控復(fù)合仍然充滿挑戰(zhàn)。

針對這一難題，吳明鉑團隊在國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費、泰山學(xué)者工程專項經(jīng)費等項目的資助下，創(chuàng)新性地從金屬有機框架材料（MOFs）出發(fā)，采用其與過渡金屬氧化物原位自組裝－熱轉(zhuǎn)化的策略，成功創(chuàng)制了多種具有優(yōu)異儲鋰性能的鉬基化合物/納米碳復(fù)合材料。基于對MOFs在金屬氧化物表面生長機理的深入探究，該團隊利用表面活性劑等輔助手段精確調(diào)控了MOFs在金屬氧化物表面的生長過程，實現(xiàn)了室溫條件下對三氧化鉬納米棒前驅(qū)體的快速均勻包覆，并通過后續(xù)熱處理等可控制備了具有分級多孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜納米碳包覆多孔氧化鉬/碳化鉬納米棒。具有多孔結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)能有效緩解儲鋰過程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，大幅度提高了材料的使用壽命；均勻的納米碳包覆則顯著提高了材料的導(dǎo)電性。此外，殼層的金屬有機框架材料可同時作為碳源前驅(qū)體和熱解反應(yīng)物，其在熱解過程中的限域轉(zhuǎn)化有效控制了活性物質(zhì)的尺寸，賦予了復(fù)合材料優(yōu)異的倍率特性。進一步動力學(xué)計算表明，復(fù)合材料電化學(xué)容量中贗電容貢獻高，有望用于構(gòu)筑高性能動力型鋰離子電池，在新能源電動汽車領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。所制復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)性能歸因于巧妙合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計及不同組分間的協(xié)同耦合，為設(shè)計其他類型過渡金屬化合物/碳基復(fù)合材料提供了新的設(shè)計思路。

審稿專家對該研究成果給予高度評價，認(rèn)為金屬有機框架材料輔助合成高儲鋰性能一維鉬基化合物/碳復(fù)合材料的方法對多維度碳材料的可控制備及過渡金屬化合物/碳基復(fù)合材料的合成具有重要意義，在碳材料構(gòu)筑和儲能應(yīng)用方面將會引起廣泛關(guān)注。