近日，环化学院纳米所张海娇团队在国际高水平期刊《Science Bulletin》上发表题为“Planar assembly of dual single-atom engineered mesoporous carbon onto Ti3C2Tx for high-energy lithium-ion batteries”的最新研究成果。
二维介孔碳材料融合了二维材料和介孔结构的双重优势，凭借其可调的孔结构、快的传输动力学和优异的导电性，在储能领域具有重要的研究意义。Ti₃C₂Tₓ MXene作为二维材料的典型代表，因其高导电性和亲水性表面，是理想的介孔碳生长基底。然而，如何通过单一表面活性剂的调控，在Ti₃C₂Tₓ表面同时实现双模式介孔的精准组装，以协同优化电荷存储与传输动力学，仍是当前面临的重要挑战。此外，杂原子掺杂，尤其是金属单原子的引入，可有效调控碳材料的电子结构，进一步提升储锂性能。但现有合成策略，如金属有机框架高温热解法，不仅成本较高，更难以兼顾孔结构的精准调控，严重制约了其实际应用。
针对上述挑战，团队通过植酸介导的组装策略，将杂原子掺杂的具有双模式孔结构的介孔碳成功组装到二维Ti3C2Tx纳米片表面。研究表明，植酸在整个组装过程中扮演了多重角色：其强配位能力确保了Fe/Co单原子的精确引入；而丰富的羟基不仅增强了胶束与基底间的界面锚定，还诱导了球形与柱形孔道的形成。同步辐射分析和理论模拟证实，高度分散的Fe–N₄/Co–N₄构型与富氮碳基质协同，显著提升了锂离子的吸附能并增加了储存位点。原位/非原位表征进一步揭示了双介孔结构对锂离子传输动力学的加速作用。所制备的复合材料在0.1 A g-1的电流密度下循环100次后表现出713.2 mA h g-1的高锂存储容量。该研究为开发杂原子掺杂的高性能介孔碳电极材料提供了可行的策略。
我校博士后李海涛为本文第一作者，张海娇教授为通讯作者，海洋之神为第一完成单位和唯一通讯单位，澳大利亚昆士兰科技大学为合作单位。
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.02.040
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