钠离子电池因具有与锂离子电池接近的工作电压且具有丰富的钠资源优势而受到广泛关注，并有望成为商业化锂离子电池的替代产品。然而，开发合适的钠离子电池负极材料仍存在一些挑战。
近日，华盛顿大学曹国忠教授、云南师范大学王洪恩教授和中物院化工材料研究所赵煦副研究员等人在Science China Materials上发表研究论文，通过一种简单有效的碳化诱导拓扑化学转化法合成了一种MoO2/氮掺杂碳复合材料(MoO2/N-C)，其中MoO2纳米晶嵌入在氮掺杂的碳基质里，并与之形成Mo–N–C键。
图1 MoO2/氮掺杂碳复合材料(MoO2/N-C)的合成示意图。
用该MoO2/N-C复合材料组装的钠离子半电池具有很好的倍率性能和循环稳定性，可在5 A g−1的电流密度下循环超5000周。
图2 MoO2/N-C复合材料组装的钠离子半电池的倍率性能和循环稳定性。
物理化学表征和基于密度泛函理论的第一性原理计算表明，MoO2和氮掺杂碳界面上的化学键合对复合材料电化学性能的提高起了重要作用。更重要的是，该化学键合可有效促进界面上的电荷转移。基于此，用该复合材料和活化碳组装的钠离子电容器在1760 W kg−1功率密度下可提供15 W h kg−1的能量密度，同时在10 A g−1的电流密度下循环1000周后具有92.4%的电容保持率。
图3 用MoO2/N-C复合材料和活化碳组装的钠离子电容器的性能。
本文介绍的界面化学键的构筑有望为面向储能器件的高性能电极的设计提供参考。该研究成果最近发表于Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1370-x。
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