自旋极化的Co增强了PtCoCu合金与复合碳基底之间的相互作用，从而实现了高效的氧气还原

《Journal of Colloid and Interface Science》：Spin-polarized co enhances interactions between PtCoCu alloys and composite carbon substrates for efficient oxygen reduction

钠离子电池高功率电极材料制备中，采用可控预烧结（PC）与快速热退火（RTA）耦合工艺，通过优化PC时长（0-100秒）实现有机残留分解和碳网络重构，结合RTA实现晶体结构定向生长与致密化。最佳工艺下薄膜比容量达85.6 mAh g-1（1 A g-1），20 A g-1下容量保持72.5 mAh g-1，循环200次容量保留90.3%。组装全固态电池在1.3 V电压平台稳定运行，500次循环容量保持94.2%，成功驱动LED阵列，为微/柔性高功率储能系统提供新策略。

　　随着微型电子设备、柔性医疗系统以及分布式能源技术的迅速发展，对具备高安全性、低成本和高度集成性的微小能量存储系统的需求日益增长。传统的锂离子电池虽然具有较高的能量密度和循环寿命，但锂资源的稀缺性及其在全球范围内的分布不均，限制了其可持续发展和大规模应用。因此，钠离子电池（SIBs）作为一种替代性的储能技术，因其钠元素的天然丰富性、低成本和广泛分布而受到关注。然而，钠离子的较大离子半径导致其在电池中迁移速率较慢，同时引发更大的结构应变，使得SIBs在能量密度和循环寿命方面相较于LIBs仍存在不足。为克服这些技术瓶颈，当前研究主要集中在电极材料优化、界面工程和系统集成等方面。

钠钒磷酸盐（Na?V?(PO?)?，简称NVP）作为一种具有NASICON型三维框架结构的正极材料，因其优异的钠离子传输通道和稳定的电压平台而备受瞩目。NVP理论容量高达117 mAh g?1，且其工作电压约为3.4 V，表现出良好的热稳定性和结构可逆性，因此被视为高能量密度钠离子电池正极材料的有力候选者。然而，传统NVP粉末的固有电子导电性较低，通常需要借助导电添加剂和聚合物粘结剂作为集流体，这不仅降低了活性材料的比例，还阻碍了离子与电子的协同传输，从而在高功率条件下显著限制了其实际性能。

相比之下，薄膜电极技术为微型化设备、固态电池和柔性储能系统提供了显著的优势。通过原位构建致密、连续且低阻抗的活性层，该技术有效去除了界面杂质和扩散障碍，为高性能储能器件的发展提供了新的方向。然而，目前主流的薄膜制备方法（如磁控溅射、脉冲激光沉积和水热合成）虽然能够实现高结晶度，但往往伴随着高昂的设备成本、较差的薄膜均匀性和复杂的成分控制等问题。因此，寻找一种经济、可控且灵活的薄膜制备方法成为研究的重点。

溶胶-凝胶旋涂法（sol-gel spin-coating）作为一种成本效益高、成分可控性强且高度灵活的技术路线，已被广泛应用于功能氧化物薄膜的制备，特别是在微结构调控和界面兼容性优化方面表现出色。将快速热退火（Rapid Thermal Annealing, RTA）与溶胶-凝胶旋涂法相结合，可以实现高效原位制备高质量薄膜。然而，直接对溶胶-凝胶前驱体进行RTA处理会导致金属-氧键（M-O）的剧烈断裂和有机残留物的剧烈分解，从而引发局部聚集、孔隙形成甚至薄膜开裂等问题，严重影响薄膜的致密化和界面粘附性。

为解决上述问题，本研究提出了一种创新的预固化（Pre-curing, PC）步骤，结合快速退火（Rapid Annealing, RA），形成了一种双步热处理策略（PC–RA）。通过在350?°C下对前驱体进行短时间（0–100?s）预加热处理，PC过程有效地诱导了有机残留物的分解，并促进了碳网络的形成，从而抑制了颗粒聚集，同时显著提高了前驱体的结构均匀性、颗粒尺寸分布和热稳定性。随后，通过750?°C的快速退火处理，实现了晶相重构和致密薄膜的形成，协同提升了晶粒细化、界面连续性和导电框架的强化。

本研究对不同预固化时间的NVP薄膜进行了全面分析，包括形貌（场发射扫描电子显微镜，FESEM）、结构（X射线衍射，XRD）、表面化学（X射线光电子能谱，XPS）以及电化学性能（循环伏安法，CV）、恒流充放电测试（GCD）、电化学阻抗谱（EIS）和恒电流间歇滴定技术（GITT）。结果表明，预固化在颗粒解聚、碳网络重构和界面优化方面发挥着关键作用，同时揭示了其与RTA协同作用在晶核形成、致密化生长和协同离子-电子传输中的重要作用。优化后的NVP薄膜在20 A g?1的电流密度下仍能保持高达72.5 mAh g?1的比容量，并在200次循环后表现出90.3%的容量保持率。组装的NVP || NaClO? || NTP钠离子电池在500次循环后仍能维持稳定的1.3 V工作平台，且具有94.2%的容量保持率，成功驱动了发光二极管（LED）阵列，验证了该策略在微小和柔性高功率储能系统中的可行性。

本研究首次揭示了预固化与快速退火协同调控机制在NVP薄膜电极制备中的关键作用，为高性能NASICON型薄膜正极材料的可扩展热处理工艺提供了理论依据和技术支持。此外，该研究还为全固态钠离子电池的设计和开发提供了新的思路和方法。通过优化预固化时间和退火温度，可以实现对薄膜微观结构和电化学性能的精确调控，从而满足不同应用场景下的性能需求。这种双步热处理策略不仅提高了薄膜的结晶度和致密性，还增强了其结构稳定性和导电性，为实现高功率、长寿命和高安全性的钠离子电池提供了坚实的材料基础和技术保障。

NVP薄膜的制备过程涉及多个关键步骤，从前驱体溶液的配制到薄膜的旋涂和热处理。前驱体溶液的配制是整个过程的基础，其成分和配比直接影响薄膜的最终性能。通过将NH?VO?、H?PO??和草酸作为主要原料，研究人员成功合成了具有特定化学组成的NVP前驱体溶液。随后，将聚乙烯醇（PVA）作为成膜剂，通过溶胶-凝胶法进一步构建了稳定的前驱体体系。PVA不仅能够调节溶液的粘度，还能够在薄膜形成过程中提供一定的结构支撑，有助于形成均匀的薄膜层。

在薄膜形成过程中，溶胶-凝胶旋涂法被用于制备前驱体薄膜。该方法通过将前驱体溶液均匀地涂覆在基底上，随后通过干燥和热处理实现薄膜的固化。旋涂过程的参数，如转速、涂覆次数和干燥时间，对薄膜的厚度和均匀性具有重要影响。因此，研究人员对这些参数进行了优化，以确保薄膜具有良好的覆盖性和均匀性。在旋涂完成后，薄膜需要经过预固化处理，以去除残留的有机物并形成初步的碳网络结构。预固化处理的时间和温度是关键因素，适当的预固化能够有效提升薄膜的结构稳定性和导电性，为后续的快速退火处理奠定基础。

快速退火处理是NVP薄膜形成过程中不可或缺的一步，其作用在于促进晶相的重构和薄膜的致密化。在750?°C的高温下，前驱体薄膜经历了一系列复杂的物理和化学变化，最终形成具有高结晶度和良好导电性的NVP薄膜。这一过程不仅提高了薄膜的密度和均匀性，还优化了其表面形貌和晶体取向。通过控制退火时间和温度，研究人员能够实现对薄膜微观结构的精确调控，从而提升其电化学性能。

在电化学性能测试中，NVP薄膜表现出优异的比容量和循环稳定性。在1 A g?1的电流密度下，其比容量达到85.6 mAh g?1，而在20 A g?1的高电流密度下仍能保持72.5 mAh g?1的比容量，显示出良好的高功率性能。此外，经过200次循环后，NVP薄膜仍能保持90.3%的容量保持率，表明其具有较长的循环寿命。这些优异的性能主要归因于薄膜的高结晶度、均匀的粒径分布以及良好的导电框架结构。

在实际应用中，NVP薄膜不仅在实验室环境下表现出色，还成功应用于全固态钠离子电池的构建。该电池在500次循环后仍能维持稳定的1.3 V工作平台，并保持94.2%的容量保持率，成功驱动了LED阵列，验证了其在高功率微小储能系统中的可行性。这一成果不仅展示了NVP薄膜在实际应用中的潜力，也为未来钠离子电池的开发提供了重要的参考。

通过本研究，研究人员不仅解决了传统NVP薄膜制备中存在的问题，还为高性能钠离子电池的开发提供了新的思路和方法。预固化与快速退火的协同作用使得NVP薄膜在结构和性能上得到了显著提升，为实现高能量密度、长循环寿命和高安全性的钠离子电池奠定了坚实的基础。此外，该研究还强调了材料设计和制备工艺的重要性，表明通过精确调控热处理参数，可以有效提升薄膜的性能，满足不同应用场景的需求。

总的来说，本研究为钠离子电池正极材料的制备提供了一种创新的方法，通过预固化和快速退火的协同作用，成功制备出高性能的NVP薄膜电极。这一成果不仅推动了钠离子电池技术的发展，还为未来的微型化、柔性化和高功率储能系统提供了重要的材料支持和技术保障。