海洋科学与工程学院史晓东&田新龙教授团队在Small发表研究论文

近日，海洋科学与工程学院田新龙教授团队与昆明理工大学材料学院李祖来教授团队在纳米材料领域Top期刊Small(IF=13.3)合作发表题为《Heterogeneous-Structured Molybdenum Diboride as a Novel and Promising Anode for Lithium-Ion Batteries》的研究论文。昆明理工大学陈玉祥教授、海南大学梁颖博士后和周传聪博士为论文共同第一作者，昆明理工大学科学技术院院长李祖来教授、海南大学史晓东副研究员和田新龙教授为论文共同通讯作者。

硼烯具有高导电性、高理论储锂比容量高和低锂离子扩散能垒，是理想的锂电负极材料。然而，硼原子固有的缺电子属性导致其极易氧化，难以合成，通常是以Ag/Al/Cu等金属为衬底通过化学生长法制备。但是，硼烯与金属衬底之间的强相互作用给其进一步转移和实际应用带来了困难。因此，需要对硼烯表面进行功能化，提高其结构稳定性，减弱其化学活性。研究表明，硼烯能够有效封装在过渡金属硼化物（MB₂）的两个相邻金属原子层之间，并保持稳定的类硼烯形态。与理想硼烯相比，过渡金属硼化物的储锂能力受限于其低反应活性和MB₂中M-B键的强成键能力，大大减少了能够与锂离子发生反应的活性B原子数量。基于泛函密度理论筛选结果，作者发现Mo原子与B原子键合能力相对较弱（Mo-B键长0.242 nm），MoB₂对锂离子的吸附能力相对较强（吸附能-2.7 eV），锂离子在MoB₂晶体结构中的扩散能垒（~0.199 eV）相对较低。因此，MoB₂作为锂电负极材料，具有更多的活性反应位点和快速的扩散动力学，能够保证其高比容量和快充能力。

由此，本工作采用固相熔盐法制备了具有非晶结构外壳和晶体结构内核的核-壳结构MoB₂(h-MoB₂)材料。其中，内核晶体结构MoB₂将蜂窝状硼烯单元封装在相邻的两层钼原子层之间，能够提高材料电子导电性；外壳非晶结构MoB₂暴露更多活性反应位点，能够提高储锂性能，缓解循环过程中的体积效应。作为锂电负极材料，h-MoB₂在0.1 A g^-1下可逆比容量高达798 mAh g^-1，在5 A g^-1下充满电仅需166 s，并且在1 A g^-1下循环1200圈，储锂比容量能够保持在224 mAh g^-1。同时，该工作证明了h-MoB₂负极的储锂机制是以锂离子与MoB₂的嵌入/脱出反应为主导，以锂离子与B₂O₃残余物的转化反应为辅助。这项工作预期能够为硼烯、硼烯类似物以及二维过渡金属硼化物的结构设计、可控制备和储锂机制解析提供新思路，并推动它们在能源材料领域的实际应用。

该工作得到了国家自然科学基金（52274297, 52164028）、中国博士后科学基金（2020M672471）海南省院士创新平台（YSPTZX202315）、南海海洋资源利用国家重点实验室基金（MRUKF2021029）、海南大学协同创新基金（XTCX2022HYC14）和海南大学高层次人才科研启动基金（KYQD(Z)-23069, 20008）的支持。

论文DOI:10.1002/smll.202311782（In Production）