二维层状NiPSe3负极材料：超快钠存储与超长循环稳定性的突破

为解决钠离子电池（SIBs）负极材料因Na+半径大导致的循环稳定性差和动力学缓慢问题，研究人员通过化学气相传输法合成二维NiPSe3材料，结合原位/非原位表征与理论计算，揭示了其低自旋极化效应和弱Ni-Se键对可逆储钠的促进作用。该材料在20 A g?1下循环5000次仍保持277.3 mA h g?1容量，为下一代储能系统设计提供了新思路。

　　

随着全球对可再生能源存储需求的激增，钠离子电池（SIBs）因钠资源丰富和成本低廉被视为锂离子电池的潜在替代者。然而，Na⁺较大的离子半径（1.02 ?）导致传统负极材料在充放电过程中发生结构坍塌，循环寿命急剧下降。此外，缓慢的Na⁺扩散动力学严重限制了高倍率性能。过渡金属硫代磷酸盐（MPX₃）因其独特的层状结构和理论容量（>1300 mA h g^?1）备受关注，但硒化物体系的研究仍属空白。

河南工业大学的研究团队将目光投向镍基硒化物NiPSe₃。这种材料具有三大先天优势：层间距扩大至5.92 ?（远超硫化物的5.09 ?），可有效缓冲Na⁺嵌入应力；Se的p带中心能量更高，促进电荷转移；Ni²⁺的低自旋态（t_2g⁶e_g²）削弱Ni-Se键强度，提升反应可逆性。研究人员通过化学气相传输法（CVT）制备高纯度NiPSe_{3>晶体，结合非原位X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）和密度泛函理论（DFT）计算，系统解析其储钠机制。}

关键实验技术

1. 材料合成：采用CVT法以碘为传输剂，在550°C下制备NiPSe₃单晶
2. 结构表征：X射线衍射（XRD）确认单斜晶系结构，扫描电镜（SEM）观测层状形貌
3. 电化学测试：半电池体系评估倍率性能（1-20 A g^?1）和长循环稳定性（最高10000次）
4. 机理分析：通过原位XPS追踪Se 3d轨道变化，COHP（晶体轨道哈密顿布居）计算化学键强度

研究结果

1. 结构特性：XRD精修显示NiPSe₃具有AB堆叠的层状结构，相邻Se原子间距3.47 ?，为Na⁺提供快速扩散通道。
2. 电化学性能：在15 A g^?1超高电流密度下，材料展现249.3 mA h g^?1的容量保持率（10000次循环后衰减率仅0.003%/次），首次库伦效率达93.64%。
3. 储钠机制：DFT计算揭示Na⁺优先吸附于层间Ni-Ni位点，扩散能垒仅0.21 eV，而弱Ni-Se键（COHP积分值-2.31 eV）允许Se原子可逆位移。

结论与意义
该研究首次证实NiPSe₃可通过"层间吸附-转化反应"协同机制实现超快钠存储。其金属导电性（费米能级处态密度达8.2 states/eV）和结构柔性突破了传统负极材料的性能瓶颈。理论计算指导的材料设计策略（如调控p带中心、优化自旋态）为开发新型MPX₃材料提供了普适性方法，论文发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，被审稿人评价为"二维电极材料研究的标志性进展"。