课题组杨龙副教授在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上发表钠电材料研究成果

随着化石燃料的过度使用导致环境问题的不断加剧和全球能源危机，因此开发大规模、低成本、高安全性的储能系统成为重中之重。二次钠电池作为一种高效的电化学储能和转换装置，最大限度地减少了对化石燃料的依赖，对实现全球可持续发展具有重要的价值和意义。五氧化二钒(V₂O₅)，作为川西地区的一种优势资源，是一种理论容量约为235 mAh g⁻¹的钒基氧化物， 0.44 nm的层间距利于离子扩散，同时具有低成本和宽电压窗口，因此成为一种有前途的高性能钠电正极材料。然而层状构型伴随的层间滑移和坍塌问题大致结构和性能大打折扣。其它理论性能优异的层状材料同样面临该技术和理论制约。

本篇发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上的研究工作，针对这一问题提出了一种创新的解决方案：富氮有机半导体复合策略。该策略实现结构稳定化的同时，可兼顾离子传输和电子传递。研究团队通过将富氮基团(DCD)键合到有机半导体中，随后与V₂O₅配位，通过简单的水浴法制备了PDCD/V₂O₅复合材料，并最终用作钠离子电池(SIB)的正极材料。由于PDCD分子的富氮官能团和氢键有机骨架(HOF)，复合材料具有非常优异的物理化学稳定性，已被本课题组应用于能量存储、催化和聚合物增强增韧等方面（Small 2023, 20 (12), 2307827；Adv. Energy Mater. 2025, 15, 2402798；Journal of Research Updates in Polymer Science, 12, 213-219.）。更重要的是，PDCD和V₂O₅之间的配位相互作用，有效地缓解了V₂O₅的结构坍塌，增加了比容量和电导率，提高了材料的整体电化学性能。

本研究的创新点在于PDCD中的氰基官能团（-C≡N）与V₂O₅中的V⁵⁺位点配合，形成了一种稳定的复合材料，其中PDCD分子均匀地固定在V₂O₅表面，大大减缓了长时间循环过程中的结构崩溃。这一研究为开发低成本、高稳定的可持续复合材料提供了一条有前途的途径。此外，通过进一步优化，本研究的复合和稳定技术也将应用于其他层状金属氧化物和新兴的二维Mxene材料。

论文第一作者为在读硕士研究生易雷和硕士毕业生汤佳龙，通讯作者为宋英泽老师和杨龙老师。原文参见：ACS Sustainable Chemistry & Engineering，2025，https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c06029