祝贺宋倩茜在《Advanced Energy Materials》发表综述论文！

一、研究背景：

       在可充电金属离子电池中，电极材料占电池总成本约50%，并决定了电池的能量密度、循环寿命和安全性。在已经开发的各种负极材料中，过渡金属硫化物（TMSs）是存储具有大半径和高价态Li⁺/Na⁺/K⁺/Mg²⁺/Zn²⁺/Ca²⁺/Al³⁺离子的理想材料。其中，具有混合硫化态的TMSs（TMS-mVs）在实现高容量、优异氧化还原反应和结构可逆性方面潜力巨大。一方面，具有混合硫价态的TMS（TMS-mS，S₂^2-、S^2-）中，TM阳离子和S₂^2-阴离子的同时氧化还原能够完成多电子反应实现更高的容量，且常见的链状结构也潜在地赋予其良好的稳定性和循环能力。另一方面，具有混合金属价态的TMS（TMS-mM，S₂^2-、S^2-）中，不同价态的同种TMs在电化学反应中扮演着不同的角色，赋予TMS-mM负极高的容量、稳定的结构和快速的反应动力学。

二、研究工作简单介绍

       近日，课题组与伍伦贡大学王云晓团队合作发表题为“Multielectron Conversion: Peculiar Transition Metal Sulfides with Mixed Vulcanized States toward High-Capacity Metal-Ion Storage”的综述文章，文中系统总结了目前主流TMS-mVs在可充电金属离子电池中的应用，详细介绍了其晶格构型、化学组成和金属离子的存储特性，重点分析了充放电过程中的电化学反应机理，并系统总结了电化学性能的增强策略。最后，简要地提出了TMS-mVs在电化学储能器件领域进一步发展的挑战与未来研究方向。该文章发表在国际知名期刊Advanced Energy Materials上（https://doi.org/10.1002/aenm.202300739）。

图1 论文首页信息

三、核心内容表述部分

       该工作系统介绍了应用于可充电金属离子电池中的主流TMS-mVs，具体分为具有混合硫价态的TMS-mSs (MoS₃、Mo₃S₁₁、 TiS₃、 ZrS₃、NbS₃、TaS₃)和具有混合金属价态的TMS-mMs (Mo₆S₈、V₃S₄、V₅S₈、Co₃S₄、Co₉S₈、Ni₃S₂、 Ni₃S₄、Fe₃S₄、Fe₇S₈)。

1. TMS-mVs中金属离子储存机制

图2用于金属离子存储的TMS-mVs示意图。

       在放电过程中，TMS-mS负极通常经历高电压下的嵌入辅助的转化反应（S₂^2-还原，M₂Sn和TMS生成）和低电压下的嵌入和转化反应（TM⁴⁺到TM⁰的多步转化）。TMS-mM负极通常经历嵌入反应（TM³⁺到TM²⁺），嵌入辅助的转化反应（TM³⁺到TM⁰⁺转变和金属TM、M₂Sn，或TMS生成）。在相反的充电过程中，Li₂S较容易被氧化成聚硫化物甚至硫单质。在TMS-mV负极中，Mo基、V基和Co基TMS-mM负极表现出良好的电化学可逆性，Ni基TMS-mM负极表现出适中的电化学可逆性，Fe基TMS-mM和TMS-mS负极则表现出较差的电化学可逆性。

2. 增强TMS-mVs电化学性能策略

       TMS-mV负极在反复的转化反应过程中会导致体积过度膨胀，从而影响金属离子的存储能力，且反复放电/充电过程中不稳定SEI层的形成不可避免地削弱了转化反应的可逆性。因此，纯的TMS-mV的电化学性能不理想，循环稳定性较差，实用容量有限。为了解决上述问题，采用了大量的增强策略，包括复合材料工程、涂层工程、纳米结构工程、异质界面工程和晶格工程等。

四、结论展望

       该工作全面概述了目前主流TMS-mVs在可充电金属离子电池中应用的最新进展。此外，用于金属离子存储的TMS-mVs发展的关键问题，需要精细地确认V₅S₈、Co₉S₈和Ni₃S₂中金属的价态及占比，进一步确认充放电过程中不同价态TM和S离子的角色和变化，以及揭示三种电化学反应之间的交互作用，比如嵌入辅助的转化反应和嵌入反应对转化反应的诱导效应。同时，为了改善电化学可逆性继而增强电化学性能，需要精确分析充放电过程中的中间产物尤其是可逆的循环产物。这依赖于原位和非原位表征技术的协同使用。在TMS-mVs电化学性能的增强策略中，需要更加关注晶格与电子结构工程，它们直接决定了电化学可逆性和动力学。