钴/氮共掺杂碳包覆Na3 V2 (PO4 )2 F3 正极材料的双金属MOF模板法制备及其储钠性能提升

针对Na3 V2 (PO4 )2 F3 （NVPF）正极材料导电性差、离子扩散慢的问题，研究人员通过双金属Co/Zn-MOF高温热解制备Co/N-PC（钴/氮共掺杂多孔碳）复合材料，并构建NVPF/Co/N-PC复合正极。该材料在0.1C下放电比容量达126.66 mAh/g（较未掺钴样品提升15.6%），循环100次容量保持率91.84%，且界面阻抗（RSEI ）降低至48.62Ω，为钠离子电池（SIB）高能正极设计提供新思路。

　　

研究背景与意义
钠离子电池（SIB）因钠资源丰富、成本低廉被视为锂电替代品，但核心正极材料Na₃
V₂
(PO₄
)₂
F₃
（NVPF）存在导电性差、钠离子扩散动力学缓慢的致命缺陷。传统过渡金属掺杂虽能提升性能，却面临纳米颗粒团聚、活性位点不足等挑战。金属有机框架（MOF）材料因其可调控的孔结构和金属活性中心，成为解决上述问题的理想模板。

研究设计与方法
桂林理工大学的研究团队创新性地采用双金属Co/Zn-ZIF（沸石咪唑酯框架）为前驱体，通过高温热解获得钴纳米颗粒嵌入氮掺杂多孔碳（Co/N-PC）的复合载体，再通过喷雾干燥结合高温煅烧原位合成NVPF/Co/N-PC复合材料。关键技术包括：1）双金属MOF模板法调控碳载体结构与组分；2）同步实现钴纳米颗粒分散与氮掺杂碳包覆；3）原位复合工艺优化电极界面。

研究结果

1. 材料表征：XRD证实成功合成Co/Zn-ZIF双金属MOF，热解后Co/N-PC保持纳米立方体形貌，钴颗粒均匀分散于氮掺杂碳骨架中。
2. 电化学性能：NVPF/Co/N-PC在0.1C下比容量达126.66 mAh/g，较纯NVPF提升15.6%，且循环100次容量保持率91.84%。
3. 机理分析：钴纳米颗粒通过d-s轨道相互作用降低Na⁺
   脱嵌能垒，氮掺杂碳的富电子区域增强钠离子吸附，协同提升储钠性能。

结论与展望
该研究通过MOF衍生策略构建了具有多级结构的NVPF/Co/N-PC复合正极，显著提升了材料的导电性和钠离子传输效率。其创新点在于：1）双金属MOF模板实现钴纳米颗粒与氮掺杂碳的协同修饰；2）明确钴-氮协同作用机制。这项工作为高能量密度SIB正极材料开发提供了新范式，相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。未来可进一步探索MOF衍生材料在其它储能体系中的应用潜力。