近日，我校材料科学与工程学院姚为教授在材料类国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区Top，影响因子18.5）上以第一/通讯作者身份、星空体育·(中国)官方网站,为第一单位发表了题为“Lithiophilic V₂CT_x/MoO₃ Hosts with Electronic/Ionic Dual Conductive Gradients for Ultrahigh-Rate Lithium Metal Anodes”的研究论文(Adv. Funct. Mater. 2024, 2400348)。该论文是我校在国际重要影响力期刊上发表高水平论文的又一次重大突破。

金属锂负极因具备最高的理论比容量、最低的氧化还原电位及低的密度而被认为是一种最有前途的负极材料。然而，在高倍率电化学循环过程中，锂离子易以枝晶形态在负极沉积，极大破坏电极表面的SEI，甚至穿透隔膜导致电池失效。构造亲锂性的3D载锂基体是抑制枝晶生长的有效方法。尽管如此，3D载锂基体上层的电场密度和离子通量往往高于其下层的电场密度和离子通量，导致锂在实际沉积过程中，倾向于沉积在3D载锂基体的上层，不利于高容量/高倍率条件下的循环。因此，设计亲锂性的3D载锂基体，并调控其电场密度和离子通量分布，促进锂优先在其下层沉积是提高锂金属负极电化学性能的关键。

基于此，姚为教授设计了离子/电子双导电梯度的V₂CT_x/MoO₃载锂基体。通过调控各层V₂CT_x/MoO₃薄膜中V₂CT_x与MoO₃纳米线的配比，实现对V₂CT_x/MoO₃载锂基体离子和电子导体梯度的调控。引入MoO₃纳米线有效避免V₂CT_x的密堆积，增加了锂的沉积空间。此双导电梯度结构有效优化了底层的电流密度和锂离子通量分布，实现了锂离子的快速还原和“自下而上”的沉积模式。与此同时，亲锂的V₂CT_x和MoO₃诱导了锂的均匀生长。因此，所设计的V₂CT_x/MoO₃@Li负极表现出优异的电化学性能。该亲锂性的双导电梯度材料也可为其他金属电池的设计提供一种新的策略和思路。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202400348。