TiC介导闭孔构筑与异质结工程协同提升硬碳高倍率平台容量用于钠离子电池

【编辑推荐】本研究创新性地利用MXene（Ti3C2）作为结构调节剂，通过TiC嵌入策略在葡萄糖衍生硬碳（GM-HCs）中构建闭孔结构和TiC/C异质结，同步实现高平台容量（381.4 mAh g-1）和快速Na+传输（20C下保持124.9 mAh g-1）。DFT计算证实异质结可降低Na+扩散势垒，与Na3V2O2(PO4)2F（NVOPF）正极组装的钠离子电池（SIBs）展现95.2%循环保持率，为高能量/功率密度SIB负极设计提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过TiC嵌入策略在硬碳中构建闭孔结构和异质结，实现高倍率下的卓越平台容量。该方法使TiC修饰硬碳（GM-HCs）获得381 mAh g^-1可逆容量，其中闭孔结构促进钠团簇存储，TiC/C异质结加速Na⁺迁移。

TiC调控硬碳

图1a展示两种硬碳制备路径：葡萄糖衍生碳（G-HCs）通过自组装碳化释放CO₂/H₂O，而MXene（Ti₃C₂）通过氢键和静电作用重构葡萄糖分布。MXene表面-OH/-F/-Cl基团作为碳成核位点，高温碳化后转化为TiC纳米颗粒，不仅提升导电性，其内建电场还诱导弯曲石墨晶格形成闭孔。

结论

该工作通过闭孔构筑与异质结工程协同策略，使硬碳在10C高倍率下保持253.8 mAh g^-1容量，循环衰减率仅0.004%/次。DFT证实TiC/C界面降低Na⁺扩散能垒，XPS显示GM-HCs形成更稳定的SEI膜。与NVOPF正极匹配的全电池展现95.2%容量保持率，推动钠电负极向高能量/功率密度方向发展。

（注：翻译部分已按生命科学领域专业表达处理，保留原文技术细节如Ti₃C₂、Na⁺等标记，省略文献引用标识）