【研究背景】
随着全球能源转型的加速，电化学储能系统在可再生能源的高效利用中发挥着重要作用。锂/钠离子电池（LIBs/SIBs）凭借其高能量密度和长循环寿命的优势，受到广大研究者的关注，成为当前的主要研究热点。这类能量转换与储存系统有望降低对传统化石燃料的依赖。负极材料作为电池的核心组成部分，对电池的各项性能有着重要影响。传统石墨负极已接近其理论容量，无法满足未来高储能电池的使用需求，因此，探索先进的负极材料具有重要意义。层状过渡金属硒化物VSe2因其较高的理论容量和适宜的工作电位，作为可充电电池负极材料具有潜在的应用价值。然而，VSe2在充放电过程中会产生较大的体积变化，这种结构不稳定性会影响其循环性能。此外，VSe2的导电性较差，这也限制了电池的倍率性能。因此，迫切需要采用纳米结构调控、表面改性及多组分复合工程等策略，从结构稳定性和电子传输动力学角度对VSe2进行协同调控，从而为制备高性能LIBs/SIBs负极材料创造新的机遇。
为解决VSe2电极存在的体积膨胀和动力学迟缓等固有问题，与导电碳材料复合已成为一种有效的策略。导电碳材料可通过形成导电网络加速电荷转移动力学，缓解循环过程中的结构劣化，进而提升电化学性能。在各类碳材料中，碳纳米纤维（CNFs）在LIBs/SIBs负极应用中具有显著优势，其高导电性与一维结构可协同改善离子传输并维持结构完整性。然而，现有研究缺乏一种能同时实现VSe2均匀分散与碳纳米纤维骨架强界面结合的系统策略，解决这一问题有助于充分发挥碳纳米纤维的导电和限域作用，从而制备出适用于下一代高能量密度电池、具备优异循环稳定性和倍率性能的电极。
【文章简介】
新疆大学曹亚丽、胡金豆团队提出生长动力学调控策略，通过静电纺丝结合预氧化、碳化、硒化的可控制备工艺，在CNFs骨架上生长均匀分散的VSe2纳米颗粒，成功构建界面结合牢固的VSe₂/CNFs复合材料。该材料以高导电、高机械强度的CNFs为稳定支撑，有效抑制了VSe2在充放电过程中的体积膨胀与结构坍塌，同时构建连续导电网络协同优化电子传输与离子扩散动力学，克服了VSe2负极循环稳定性差、倍率性能不足的核心瓶颈。相关研究内容以“Construction of VSe2 on carbon nanofiber skeleton for efficient Li/Na-ion storage”为题目，发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上。
电化学测试结果显示，该复合材料在LIBs中于10 A g-1高电流密度下循环2800次仍保持191.3 mAh g-1的可逆容量，在SIBs中于2 A g-1下循环500次仍保持296.2 mAh g-1的容量，组装的VSe2/CNFs||LiCoO2全电池实现了228 Wh kg-1的高能量密度。在0.2 C电流密度下循环160次后容量保持率达82.35%，兼具优异的循环稳定性与实用化潜力，结合原位XRD表征、电化学动力学分析与DFT理论计算，本研究明确了材料“嵌入-转化”的锂/钠离子存储机制，证实CNFs的引入可优化Li原子吸附能与界面电荷转移，为高性能过渡金属硒化物负极的设计制备提供了新的思路与技术路径。
【图文导读】
图1 VSe2/CNFs的（a）合成路线图，（b-d）SEM图，（e-f）TEM图，（g）HRTEM图和（h）元素映射图
图2 VSe2/CNFs、VSe2和CNFs的（a）XRD曲线，（b）Raman光谱图，（c）XPS全谱图，（d）V 2p，（e）Se 3d和（f）C 1s的高分辨率XPS光谱，VSe2/CNFs的（g）TGA曲线和（h）TG测试后残余材料的XRD图，（i）VSe2/CNFs、VSe2和CNFs的N2吸附-脱附等温曲线和孔径分布图
图3 VSe2/CNFs（a）在0.1 mV s-1下的前三个CV曲线和（b）0.2 A g-1下前三个恒流充放电曲线，VSe2/CNFs、VSe2和CNFs（c）在0.2 A g-1下的循环性能和（d）倍率性能，VSe2/CNFs（e）在不同电流密度下的充放电曲线，（f）与先前报道的LIBs负极材料的倍率性能比较和（g）在10 A g-1下的长循环稳定性
图4 VSe2/CNFs（a）在0.1 mV s-1下的前三个CV曲线和（b）0.2 A g-1下前三个恒流充放电曲线，VSe2/CNFs、VSe2和CNFs（c）在0.2 A g-1下的循环性能和（d）倍率性能，VSe2/CNFs（e）在不同电流密度下的充放电曲线，（f）与先前报道的SIBs负极材料的循环性能比较和（g）在2 A g-1下的长循环稳定性
图5 VSe2/CNFs的（a）不同扫描速率下的CV曲线，（b）计算的b值，（c）0.5 mV s-1时的赝电容贡献和（d）在不同扫描速率下的赝电容贡献，VSe2/CNFs、VSe2和CNFs的（e）循环前的阻抗图，（f）Z′-ω-1/2拟合分析，（g）GITT曲线和（h-i）锂化/脱锂过程中的Li+扩散系数，（j）VSe2/CNFs在LIBs中的原位XRD图，包含对应的电压分布曲线及不同视图
图6 VSe2/CNFs和VSe2（a-d）不同视角下的优化模型，（e）对应的ΔEa值，不同优化模型上吸附锂原子的电荷密度差：（f-g）俯视图，（h-i）侧视图及对应的二维视图
图7 VSe2/CNFs||LiCoO2的（a）结构示意图，（b）倍率性能，（c）在0.2 C下不同循环次数的充放电曲线，（d）在0.2 C下的长循环性能和（e）LED灯点亮效果图
【文章链接】
Construction of VSe2 on carbon nanofiber skeleton for efficient Li/Na-ion storage
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175297
【通讯作者简介】
曹亚丽，博士，博士生导师，主要围绕无机功能材料的合成、性能及构效关系开展研究，先后主持包括6项国家自然科学基金在内的科研项目20余项，在Appl. Catal. B, Adv. Funct. Mater.,ACS Nano, Chem. Eng. J., Nano Res., Small, J. Mater. Chem. A, Green Chem., J. Energy Chem., Appl. Energy等国内外重要学术期刊上发表SCI论文200余篇，SCI正面他引6000余次，授权中国发明专利18件，曾2次获新疆维吾尔自治区科技进步一等奖、7次获新疆维吾尔自治区自然科学优秀论文奖和2019年第九届新疆青年科技奖。入选美国斯坦福大学发布的全球前2%科学家榜单（2021-2025年连续入选年度榜单，2024-2025年入选终身榜单）。
胡金豆，副教授，博士，硕士生导师。现就职于新疆大学化学学院、省部共建碳基能源资源化学与利用国家重点实验室，任自治区先进功能材料重点实验室副主任、无机与功能材料研究所副所长、化学学院教师第一党支部书记，主要从事光/电催化材料、固相合成和纳米功能材料相关研究，先后主持国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区自然科学基金青年基金、上海合作组织科技伙伴计划及国际科技合作计划项目等基金项目。先后在Appl. Catal. B, Adv. Funct. Mater., Chinese J. Catal.等国际学术期刊上发表被SCI收录论文100余篇，他引2000余次，H因子27。相关研究成果获第十六届自治区自然科学优秀论文二等奖，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家级银奖、铜奖等奖项。
