MOF衍生的花状分级氮掺杂碳纳米片锚定锰锌双金属磷化物作为锂/钠离子电池高倍率性能与长循环稳定性负极

为解决过渡金属磷化物(TMPs)作为锂/钠离子电池(LIBs/SIBs)负极时存在的体积膨胀大、导电性差等问题，研究人员通过金属有机框架(MOF)衍生法制备了花状氮掺杂碳负载锰锌双金属磷化物(MZP@FC)。该材料通过双金属协同效应和分级碳结构设计，实现了1074.7 mA h g?1(LIBs)和781.3 mA h g?1(SIBs)的高可逆容量，在10 A g?1下仍保持255.5-359.9 mA h g?1的优异倍率性能，为新型储能材料开发提供了新思路。

　　

在能源存储领域，锂离子电池(LIBs)虽占据主导地位，但锂资源短缺问题日益凸显。与此同时，钠离子电池(SIBs)因钠资源丰富备受关注，但钠离子(Na⁺)较大的离子半径导致其动力学性能较差。作为电池核心组件的负极材料，过渡金属磷化物(TMPs)虽具有高理论容量和低成本优势，却普遍面临体积膨胀严重、导电性差等挑战。针对这一关键问题，中南大学粉末冶金国家重点实验室的研究团队创新性地设计出花状分级氮掺杂碳纳米片锚定锰锌双金属磷化物(MZP@FC)复合材料，相关成果发表于《Applied Surface Science》。

研究团队主要采用溶剂热反应-碳化-磷化三步法：首先以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构导向剂，通过Mn²⁺/Zn²⁺与均苯三甲酸(H₃BTC)配位构建花状MOF前驱体；随后经高温处理实现碳骨架的原位转化；最终通过气相磷化获得MnP-ZnP₂双金属磷化物均匀嵌入的终产物。

【Synthesis of flower-like MnP-ZnP₂ composites】
通过精确调控Mn(NO₃)₂·4H₂O与Zn(NO₃)₂·6H₂O的摩尔比(1:2)，在160°C溶剂热条件下成功制备了具有分级孔道结构的Mn-Zn MOF模板。

【Results and discussion】
电化学测试显示：MZP@FC在0.1 A g^?1下对LIBs/SIBs分别展现1074.7/781.3 mA h g^?1的可逆容量；即使在10 A g^?1超高电流密度下，仍能保持255.5(LIBs)和359.9(SIBs) mA h g^?1的容量，显著优于单金属磷化物。原位XRD证实，MnP的刚性骨架与ZnP₂的延展性形成互补，使材料在1000次循环后仍保持785.1(LIBs)/403.3(SIBs) mA h g^?1的稳定容量。

【Conclusions】
该研究通过MOF衍生策略构建了具有多重优势的MZP@FC复合材料：1) 花状氮掺杂碳的二维分级结构不仅提供导电网络，其内部孔隙有效缓冲了充放电过程中的体积变化(<300%)；2) MnP与ZnP₂的协同效应使离子扩散能垒降低约40%，d带中心上移促进电荷转移；3) 独特的异质界面产生额外活性位点，使赝电容贡献率提升至63.2%。这些发现为开发高性能储能材料提供了新范式。

研究的重要意义在于：首次将锰锌双金属磷化物体系应用于LIBs/SIBs，通过原子级设计实现了"导电骨架-活性中心-界面工程"的三重优化。该工作获得国家重点研发计划(2021YFA0715802)支持，其提出的分级结构构建策略可拓展至其他能源材料体系。