一、基础信息

论文来源

期刊：Angewandte Chemie International Edition；DOI：10.1002/anie.7222271

通讯单位：华南理工大学；通讯作者：梁振兴、袁文辉；一作：吴宏征

论文标题：Supramolecular‐Derived Heterostructured Carbon Supported with Mo Single Atoms for High‐Capacity and Long‐Cycle Sodium Dual‐Ion Batteries

研究对象

超分子衍生纳米花状氮掺杂异质结构碳负载钼单原子材料（Mo-NHC），用作钠双离子电池负极；搭配石墨正极组装全碳钠双离子电池（MoNH//G），对比不含 Mo 单原子、无异质碳的对照样品。

核心关键词

钠双离子电池、Mo 单原子、异质结构碳、超分子前驱体、内置电场、氮掺杂、超长循环、高倍率、全碳电池、DFT 理论计算

二、研究背景

钠双离子电池低成本、高电压，适配大规模储能；石墨化碳与无定形碳储钠特性各有优劣，单一碳材料难以兼顾容量与动力学。异质碳可结合两类碳优势，单原子催化又能进一步加速离子电子传输，但现有方案难以同步实现异质碳构筑与单原子均匀锚定。因此，开发超分子法一体化制备单原子修饰异质碳，是提升钠双离子电池综合性能关键路径。

三、文章主要内容

材料设计与合成

以超分子为前驱体制备 Mo-NHC，同时形成有序石墨 / 无序碳异质结构并均匀负载 Mo 单原子；异质界面产生内置电场，氮掺杂提升导电性与活性位点，Mo 单原子降低钠离子嵌入能垒。XRD、球差 STEM、同步辐射 XAFS 等表征证实 Mo 呈单原子分散，材料为纳米花形貌。

半电池负极性能

0.5 C 容量 478 mAh g⁻¹；20 C 超高倍率仍保有 230 mAh g⁻¹；可稳定循环 16000 次，结构稳定性优异。

全碳钠双离子电池性能

Mo-NHC 负极搭配石墨正极，0.5 C 放电容量 222.3 mAh g⁻¹；25 C 高倍率容量 93.4 mAh g⁻¹，循环 10000 次容量保持 80.4%；高负载（10.6 mg cm⁻²）、60 ℃高温环境均可长周期稳定运行。

机理与原位、理论验证

原位 XRD、原位 Raman 追踪充放电结构演变；DFT 计算证明 N 掺杂与 Mo 单原子协同降低钠离子吸附 / 扩散能垒；异质界面加速电荷转移、缓解循环结构破坏，阐明容量与稳定性双提升机制。

要点一：Mo-NHC的设计及理论预测与指导

按照如Figure 1a所示的技术路线合成负载钼单原子的氮掺杂异质结构碳（Mo-NHC）。

要点二：Mo-NHC的物理化学表征

采用多种先进技术对所合成的Mo-NHC进行综合表征分析。

要点三：Mo-NHC的Na+储存性能和反应动力学

进一步深入探究了Mo-NHC独特的形貌和异质结构和物理化学特性，N-dopants和Mo单原子位点之间的协同作用对Na+储存性能和电化学反应动力学的影响。

要点四：概念验证全碳钠双离子电池电化学性能

为探究Mo-NHC在全电池中的实际Na+存储容量和电化学性能，组装了基于Mo-NHC负极，具有自支撑的石墨纸正极和4 M NaTFSI in EMC+DMC+Pyr14TFSI (1:1:1, v:v:v)电解质的概念验证全碳钠双离子电池（MoNH//G）并进行了一系列的电化学性能表征。

总结

华南理工梁振兴、袁文辉团队在 Angew 发表研究，利用超分子策略一步制备 Mo 单原子修饰氮掺杂异质碳 Mo-NHC。依靠异质界面内置电场、氮掺杂与钼单原子催化协同作用，负极实现高容量、超优倍率与一万六千次超长循环；组装全碳钠双离子电池同样具备出色高低温、高负载循环稳定性，为单原子异质碳及高性能钠双离子电池开发提供通用合成思路；文末附带成都钠电行业会议相关信息。

免责声明

本文内容整理自公开渠道，仅作行业信息交流使用，不构成任何投资与决策建议。文中数据与表述仅供参考，不对其准确性、完整性作担保，如有内容误差或版权异议，请联系我们修正处理。