近日，威尼斯人澳门官网 马品副教授课题组在无负极钠金属电池（AFSMBs）界面调控与SEI工程领域连续取得新进展。相关工作分别发表于Small和ACS Applied Materials & Interfaces。

无负极钠金属电池因具有高理论能量密度、低成本和无需过量钠源等优势，被认为是下一代高比能储能体系的重要候选。然而，其实际应用长期受限于钠金属与集流体之间较弱的亲和力、不可控的枝晶生长以及不稳定的SEI。铜集流体虽然导电性和工业兼容性优异，但本征疏钠，导致成核过电位高、离子通量分布不均，进而引发枝晶和容量快速衰减。MXene材料具有二维层状结构、高电子导电性和丰富的表面官能团，是理想的界面修饰材料。但传统Ti₃C₂T_xMXene电子结构调控空间有限，如何在一个界面层上同时实现均匀成核和稳定SEI，并从电子结构层面理解其调控机制，仍是该领域的重要科学问题。

针对以上瓶颈问题，课题组围绕“钠成核-生长-SEI”这一耦合过程，先后发展了双金属MXene双功能界面和高熵MXene电子结构调控两种策略。介绍如下：

工作一：构建双金属MXene双功能界面，同步调控钠沉积与SEI钝化

论文信息：Jinyu Ma(24级硕士研究生), Pin Ma,* Shengzu Xiao, Jian Wang,* Xiaoyi Liu, and Hui Ying Yang*. “Orchestrating Sodium Deposition and SEI Passivation via Bifunctional Mo₂TiC₂T_xMXenefor High-Efficiency Anode-Free Sodium Batteries.” Small, 2026, e75681.

图1.金属钠沉积形貌与过程示意图

该工作将双金属MXeneMo₂TiC₂T_x作为双功能界面修饰层应用于铜集流体。Mo与Ti之间的电负性差异诱导界面电荷再分布，提高了费米能级附近的电子态密度，并赋予材料优异的亲钠性。DFT计算表明，Mo₂TiC₂T_x的Na⁺吸附能为-1.78 eV，Na⁺扩散势垒低至0.11 eV，对PF₆^-阴离子的结合能达-0.84 eV，有利于促进PF₆^-还原分解并形成无机富SEI。实验结果显示，Mo₂TiC₂T_x@Cu电极的钠成核过电位低至5.4-6.3 mV，半电池在0.5 mA cm^-2、1mAhcm^-2下稳定循环超过1400 h，平均库仑效率达99.61%。与Na₃V₂(PO₄)₃正极组装的全电池在0.1 A g^-1下稳定循环超过600圈。机理研究表明，Mo₂TiC₂T_x界面可诱导形成超薄、无机富的SEI（以NaF和Na₂O纳米晶为主，厚度约8.49 nm），并引导钠以微米级球形晶核横向生长、致密融合，最终形成无枝晶的平整沉积层。该工作证明了双金属MXene可同时调控钠成核热力学与SEI动力学，为无负极钠电池提供了双功能界面设计策略。

工作二：通过高熵MXene电子结构工程，揭示d带中心上移与电子离域的原子尺度机制

论文信息：Zhe Wang (24级硕士研究生),XianghuiHu,PengqiHai,*JiajiaSun, Shengzu Xiao, and Pin Ma*.“Upshifted d-Band Center and Electron Delocalization in High-EntropyMXeneEnabling Highly Reversible Anode-Free Sodium Batteries.”ACS Applied Materials & Interfaces, 2026. DOI: 10.1021/acsami.6c11161.

图2.DFT计算结果与机理分析

在双金属MXene建立双功能界面策略的基础上，课题组进一步追问：界面亲钠性和SEI调控能力的电子结构根源是什么，能否通过多金属位点协同实现更精细的电子结构调控？为此，该工作设计了高熵MXene(Ti_1/5V_1/5Zr_1/5Nb_1/5Ta_1/5)₂CT_x（HE-MXene）作为铜集流体界面修饰层。研究结果表明，HE-MXene中多种过渡金属元素的协同作用可有效上移d带中心并诱导电子离域，从而增强Na⁺吸附、促进均匀电荷转移，并引导均匀钠沉积和无机富SEI的形成。DFT计算显示，HE-MXene的d带中心位于-0.72 eV，显著高于传统Ti₃C₂T_xMXene的-1.06 eV；Na⁺吸附能由-2.54 eV增强至-2.71 eV。得益于上述电子结构优势，HE-MXene修饰电极将钠成核过电位降低至6.2 mV，半电池在0.5 mA cm^-2、1mAhcm^-2下稳定循环超过400 h，平均库仑效率超过99.5%，对称电池在1 mA cm^-2、1mAhcm^-2下寿命超过1500 h。XPS分析进一步表明，HE-MXene表面可促进形成以NaF和Na₃PO₄为主的无机富SEI，同时抑制有机副产物积累，并保持金属-C/金属-O键网络稳定。

工作一率先通过Mo₂TiC₂T_x的双金属协同，在界面层面同步实现亲钠成核与SEI钝化，验证了双功能MXene界面的可行性；工作二则进一步以高熵MXene为平台，将调控维度拓展至d带中心和电子离域，从原子尺度阐明亲钠性增强、电荷均匀分布与无机富SEI之间的内在关联。两项工作形成了从双功能界面构建到电子结构机制揭示的递进研究思路，为高比能、长寿命无负极钠电池的界面工程提供了理论依据和材料平台，也为钠基储能体系的实用化研究提供参考。