同濟大學/喀什大學馬杰教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：納米限域工程驅動非本征贗電容，打破氯離子存儲Trade-off！

第一作者：雷晶晶

通訊作者：馬杰

通訊作者聯系方式：*Email:jma@tongji.edu.cn。

通訊單位：同濟大學

論文DOI：10.1002/adfm.76949

研究背景

氯離子（Cl-）作為自然界中儲量豐富、來源廣泛的重要電荷載流子，其高效、可逆的存儲與能量轉換過程是新型儲能器件、電化學離子分離及環境資源利用等技術發展的核心基礎。然而，現有Cl-存儲電極普遍存在反應動力學緩慢、循環穩定性不足以及容量、速率和壽命難以兼顧等問題，成為制約氯離子儲能技術發展的關鍵瓶頸。近年來，在鋰、鈉等儲能體系中，納米尺度誘導的非本征贗電容（Extrinsic Pseudocapacitance）被證明能夠顯著提升電池材料的離子存儲動力學和循環穩定性，但這一理念尚未拓展至Cl-儲能體系，其核心挑戰在于超細納米顆粒的不穩定性限制了其尺寸效應的發揮。

內容簡介

針對上述問題，研究團隊提出了“納米限域工程驅動非本征贗電容”的新策略，利用原位納米限域穩定超細Bi納米點，成功激發儲氯電池材料體系中的非本征贗電容，加速了Cl-存儲反應動力學；同時，多通道中空碳骨架有效促進電解液滲透與離子傳輸，并抑制Bi在循環過程中的遷移聚集和體積膨脹，實現了高容量、快速率和長循環壽命的協同提升，突破Bi基Cl-存儲電極長期存在的性能trade-off。

圖文導讀

納米限域：讓Bi納米點“穩下來”

研究團隊提出原位納米限域工程策略，通過靜電紡絲結合原位碳化，構建了Bi納米點均勻錨定于多通道中空碳納米纖維（Bi@MCNF）的新型結構。多通道中空骨架不僅實現了Bi納米點的穩定限域，有效抑制團聚并緩沖體積膨脹，還構建了連續的電子/離子傳輸通道。

非本征贗電容：讓Cl-存儲“快起來”

接近消失的GCD曲線平臺證明了Bi@MCNF中非本征贗電容的存在。得益于MCNF對Bi納米點的原位納米限域，Bi@MCNF由傳統擴散控制的轉化反應轉變為以表面控制為主導的儲能行為，大大加速了Bi/BiOCl的反應動力學。

打破Trade-off：讓綜合性能“強起來”

受益于原位納米限域結構與非本征贗電容的協同增強，Bi@MCNF實現了高容量、快速率、長循環和低能耗的Cl-存儲性能，在Bi基電極中展現出領先優勢。該電極不僅具有優異的高電壓穩定性和循環再生能力，還可實現微咸水及實際自來水中Cl-的高效去除，驗證了其在電化學離子分離與環境應用中的潛力。

總結

本研究提出“納米限域工程激發非本征贗電容”的新策略，通過構筑Bi@MCNF結構實現了Cl-快速、高容量和長壽命捕獲，突破了速率、容量與循環穩定性之間的性能Trade-off。該工作為氯離子存儲與電化學離子分離材料設計提供了新的結構范式，有望推動下一代陰離子儲能技術及電化學離子分離等能源與環境交叉領域的發展。

論文鏈接:

http://doi.org/10.1002/adfm.76949

馬杰課題組主頁：

http://nano.tongji.edu.cn/

作者簡介

第一作者簡介

雷晶晶

雷晶晶，本科、碩士和博士研究生分別畢業于太原理工大學（2016）、中國礦業大學（北京）（2019）和同濟大學（2025），博士生導師為馬杰教授。主要從事氯離子儲存電極設計、構筑及儲存機制研究，聚焦氯離子載流材料及其在能源存儲與環境離子分離中的應用。以唯一第一作者在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Chemical Science, Chemical Engineering Journal等國際期刊發表多篇研究論文。曾獲中國礦業大學（北京）優秀畢業生、同濟大學優秀博士學位論文等榮譽。

通訊作者簡介

馬杰

馬杰，同濟大學環境科學與工程學院教授，博士生導師，喀什大學土木工程學院院長，新疆碳納米材料制備與應用重點實驗室主任，喀什大學水資源與水環境工程技術中心主任，中組部第十一批、第十二批援疆干部，新疆天山創新團隊負責人，組建同濟大學環境功能材料研究中心（https://nano.tongji.edu.cn/）和喀什大學環境生態修復功能材料與技術團隊，長期致力于水資源高效利用研究，主持5項國家自然科學基金，在Nat. Water, Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., Nano Let., Research, Water. Res., Environ. Sci. Technol.等期刊以第一/通訊作者發表SCI論文250余篇，ESI高被引/熱點論文35篇/次，論文總他引21000次，h-index 80，主編《環境材料概論》，參編英文專著3部，授權中國發明專利20項。擔任Sci. Rep.、Chinese Chem. Lett.、Sustainable Horizons、物理化學學報和復合材料學報等期刊編委，新疆地震學會副理長，新疆工程材料與結構重點實驗室學術委員會副主任，新疆節能減排專家委員會學術委員會副主任，中國化學會高級會員、中國有色金屬學會環境保護學術委員會委員等，入選“上海市東方英才計劃拔尖項目”，“新疆杰出青年基金”，“上海市人才發展基金”、同濟大學“中青年科技領軍人才”和“百人計劃”等，獲上海市自然科學二等獎（1/5），河南省自然科學獎三等獎、中國化工學會基礎研究成果獎二等獎等，擔任中國環境科學學會年會《環境修復材料》分會主席，中國材料大會《環境分離凈化材料與技術》分會主席，中國新材料產業發展大會《環境分離凈化材料》分會主席，入選科睿唯安 “全球高被引科學家”，愛思唯爾“中國高被引學者”，斯坦?！叭蚯?%頂尖科學家榜單”和ScholarGPS全球前0.05%頂尖科學家榜單。

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