省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室新型能源材料及储能器件研究团队在镍钴基新型能源材料研究中取得重要进展，相关成果以“Vanadium nitride induced method to construct cobalt sulfides homologous heterojunction toward ultrafast and high-capacity sodium-ion storage”为题发表在材料科学领域Top期刊《Acta Materialia》（中科院一区）上。博士研究生何天启为主要完成人及第一作者，冉奋教授为通讯作者。

镍钴金属被广泛应用于航空发动机、燃气轮机、新能源、核电建设、汽车工业的高温合金、高纯金属、电池等先进材料，是保障国防安全的重要战略资源。甘肃省境内镍钴资源得天独厚，依靠材料先进制备技术将镍钴资源进行高效利用成为一个重要课题。钴基硫化物（包括Co₉S₈、CoS、CoS₂和Co₃S₄等）由于其低廉的成本和可观的理论容量，作为钠离子电池新型阳极材料被广泛研究。不幸的是，钴基硫化物由于其固有缺陷，在钠离子存储过程中存在以下问题：1）严重的体积膨胀导致活性物质粉末化，循环稳定性不理想，倍率性能差；2）缓慢的界面反应动力学导致较弱的倍率性能；3）充放电过程中，特别是在高电流密度下，由欠电压失效导致的长循环终止。由于上述缺陷，钴基硫化物作为钠离子电池阳极的进一步使用受到严重限制，尤其是快速充电方面。

基于此，新型能源材料及储能器件研究团队利用“3d轨道电子互补效应”结合高温热处理技术，一步合成了沉积在氮化钒/碳纳米纤维上的硫化钴（Co₉S₈/CoS）同源异质结，并用于钠离子电池阳极材料。Co₉S₈/CoS同源异质结的构建成功地克服了Co₉S₈在高电流密度下存在的欠电压失效问题，改善了其循环稳定性。作为钠离子电池阳极，VN/C@Co₉S₈/CoS具有超快的充放电过程、优异的可逆比容量和出色的倍率性能。结果显示，VN/C@Co₉S₈/CoS在10 A/g电流密度下具有353.0 mAh/g的高比容量（在0.05 A/g电流密度下比容量为615.8 mAh/g）。此外，理论计算表明，与纯Co₉S₈相比，异质结构的构建提高了钠离子的存储容量和存储动力学。这一发现不仅克服了钴基硫化物在快速充电方面存在的缺陷，而且解决了异质结多元素组成和分步合成工艺限制其优势的问题，为镍钴基负极材料的设计及同源异质结的构建开辟了有趣的策略。此外，该思路还拓宽了设计储能和转换材料的视野。

该工作得到了甘肃省科技重大专项（No.22ZD6GA008）和兰州理工大学优秀博士论文培育计划等经费的支持。为进一步明确使命定位，凸显国家重点实验室在镍钴金属领域的特色优势和在国家重大工程中关键基础原材料保障方面的“不可替代性”，国家重点实验室将继续围绕甘肃特色资源镍钴金属开展高水平基础研究和关键技术开发，认识镍钴金属的新规律，建立新理论，解决新问题，开发新技术，制备新材料，引领镍钴金属领域发展方向。（撰稿：冉奋，审核：石玗）

作者简介：

何天启，材料学院2020级博士研究生，兰州理工大学优秀博士论文培育计划入选者，2018年本科毕业于兰州理工大学高分子材料与工程专业。2018年至今，在兰州理工大学材料科学与工程学院（有色金属先进加工与再利用国家重点实验室）攻读博士学位（硕博连读），师从冉奋教授。主要研究方向为先进高分子材料开发及快充型钠离子电池负极材料设计与机理研究。获得博士研究生国家奖学金。至今以第一作者身份在Materials Science & Engineering R-Reports（中科院1区TOP，IF=31.0）、Acta Materialia（中科院1区TOP，IF=9.4）、Journal of Materials Chemistry A（中科院2区TOP，IF=11.9）、Chemical Communications（自然指数期刊，中科院2区TOP，IF=4.9）等期刊公开发表的学术论文10余篇，其中包括封面论文2篇，ESI高被引论文4篇，单篇引用次数最高145次。