ACS Nano是什么？

ACS Nano是化學和材料科學領域的頂級期刊之一，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與技術領域，對研究的原創性、結構的新穎性等有著極為嚴格的要求，最新影響因子為13.942。

近日，美國化學學會旗艦期刊ACS Nano刊發我校重質油國家重點實驗室吳明鉑團隊在碳基復合儲能材料領域的最新研究成果“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/碳復合材料）。該成果提出一種新型構筑高性能碳基復合儲能材料的方法，對設計合成新一代電池電極材料具有重要指導意義和參考價值。我校化學工程與技術專業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（華東）為第一署名單位。

近年來，隨著消費類電子產品和新能源汽車產業的迅猛發展，開發具有高能量密度、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域的研究重點和熱點。作為鋰離子電池的關鍵材料，傳統石墨負極性能已近極限，基于石墨負極的鋰離子電池性能已無法滿足實際應用快速增長的需求。因此，設計和開發新結構、高性能的鋰離子電池負極材料成為當前的迫切任務。過渡金屬化合物具有遠高于石墨電極的容量，但其導電性差以及明顯的體積膨脹效應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，構筑具有分級多孔結構的雜化材料有望從根本上提升其電化學性能。因不同組分間表界面性質迥異，在微納米尺度下如何簡單、高效地實現這些組分的均勻可控復合仍然充滿挑戰。

針對這一難題，吳明鉑團隊在國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費、泰山學者工程專項經費等項目的資助下，創新性地從金屬有機框架材料（MOFs）出發，采用其與過渡金屬氧化物原位自組裝－熱轉化的策略，成功創制了多種具有優異儲鋰性能的鉬基化合物/納米碳復合材料。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控了MOFs在金屬氧化物表面的生長過程，實現了室溫條件下對三氧化鉬納米棒前驅體的快速均勻包覆，并通過后續熱處理等可控制備了具有分級多孔結構的氮摻雜納米碳包覆多孔氧化鉬/碳化鉬納米棒。具有多孔結構的活性物質能有效緩解儲鋰過程中的結構應力，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電性。此外，殼層的金屬有機框架材料可同時作為碳源前驅體和熱解反應物，其在熱解過程中的限域轉化有效控制了活性物質的尺寸，賦予了復合材料優異的倍率特性。進一步動力學計算表明，復合材料電化學容量中贗電容貢獻高，有望用于構筑高性能動力型鋰離子電池，在新能源電動汽車領域有廣闊的應用前景。所制復合材料優異的電化學性能歸因于巧妙合理的結構設計及不同組分間的協同耦合，為設計其他類型過渡金屬化合物/碳基復合材料提供了新的設計思路。

審稿專家對該研究成果給予高度評價，認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/碳基復合材料的合成具有重要意義，在碳材料構筑和儲能應用方面將會引起廣泛關注。