在国家自然科学基金等项目资助下，广东工业大学材料与能源学院副教授张伟、教授熊世云和教授黄少铭团队在钠离子电池负极材料领域取得重要进展。相关成果近日发表于《先进材料》（Advanced Materials）。

发展大规模、低成本电化学储能技术是落实“双碳”目标的关键环节。钠离子电池因钠资源丰富、成本低廉且工作原理与锂离子电池相似，被视为下一代大规模储能的理想选择。然而，钠离子半径较大，导致电极材料中离子迁移动力学缓慢、结构应变显著，严重制约了其倍率性能和长循环稳定性。

相关研究示意图。研究团队供图

金属硒化物因高电子电导率、窄带隙和较弱的M-Se键能等优势，被认为是极具前景的钠电负极材料，但其长期面临三大瓶颈：反应动力学迟缓、钠多硒化物（Na_xSe_y）严重溶解穿梭以及循环过程中剧烈的体积膨胀。

针对上述挑战，研究团队以SnSe₂为模型体系，结合理论计算与实验，首次揭示了Sn位点对多硒化物转化的“阶段选择性催化”特性——仅能促进高阶多硒化物Na₂Se₆向可溶性Na₂Se₄的转化，却无法驱动后续Na₂Se₄向最终产物Na₂Se的深度转化，导致可溶性中间产物持续积累和穿梭，造成容量快速衰减。

基于此，团队提出“双位点自催化”协同增强新策略，理性设计出氮掺杂碳包覆的Cu₂SnSe₄纳米复合材料（Cu₂SnSe₄@NC）。研究表明，Cu的引入有效调控了局域电子结构，形成高导电Cu-Sn网络并弱化Cu-Se键合，显著加速初始转化反应动力学。更为关键的是，原位生成的Cu/Sn异质结构构建了双位点路易斯酸催化中心，实现了Na_xSey从Na₂Se₆到Na₂Se的全程阶梯式晶态演化，有效抑制了可溶性中间产物的溶剂化和穿梭效应。同时，Cu-Sn-Se框架作为高效晶格缓冲层，显著缓解了循环过程中的体积应变和结构畸变。

得益于上述协同机制，Cu₂SnSe₄@NC负极材料展现出卓越的电化学性能：在5.0 A g^–1大电流密度下循环7000次后容量保持率达95%；与NaNi_0.4Fe_0.4Mn_0.2O₂正极组装的全电池在1.0 A g^–1下稳定循环超过5000次，单圈容量衰减率仅为0.0046%，性能优于绝大多数已报道的金属硫族化合物基钠离子电池体系。

该研究首次从路易斯酸碱催化角度揭示了多硒化物转化与穿梭的内在机制，提出了“电子结构调控-双位点自催化-晶格缓冲”协同设计新范式，为开发超长寿命金属硒化物负极材料提供了全新思路，对推动钠离子电池在大规模储能领域的实际应用具有重要意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.7401