江南大學喬輝教授&魏曲富教授：種子介導生長方法構建基於MIL-88A的紡錘鏈復合奈米纖維，用於高效能鋰鈉離子電池負極
基於靜電紡絲技術的一維奈米纖維結構比表面積大，孔隙豐富，有利於在充放電迴圈過程中提供更多的活性位點，良好的導電途徑有利於改善離子的快速擴散和電荷轉移，在儲能應用中顯示出巨大的潛力。 特別是，由奈米纖維和過渡金屬氧化物硫化物等無機材料構成的珠串結構已被廣泛用作鋰離子電池（LIBS）和鈉離子電池（SIBS）的陽極材料。 然而，一維奈米纖維結構的應用仍面臨一些挑戰，如過渡金屬氧化物和硫化物等無機材料與纖維基體之間的粘附力較弱、奈米顆粒分散不均勻、表面載荷低、結構不穩定等。因此，製備具有高能量密度和功率密度的纖維電極材料仍是乙個巨大的挑戰。
最近江南大學喬輝教授、魏福福教授該團隊在《先進纖維材料》雜誌上發表了最新的研究成果。growth-controllable spindle chain heterostructural anodes based on mil-88a for enhanced lithium/sodium storage”。通過靜電紡絲技術和種子介導的生長策略，研究人員在水溶液中協調Fe3+和富馬酸，構建了鐵**有機骨架（MIL-88A）自犧牲模板的紡錘鏈結構，這是一種環保的合成途徑。 結果表明，種子介導的生長策略可以分離成核和生長階段，從而更好地控制MIL-88A的形狀演變，改善表面質量負荷。 得益於其雜原子摻雜的導電網路、多孔結構和多組分協同效應，在LIBS fe2o3@n摻雜碳奈米纖維（fo@ncnfs）的紡錘體結構在10 A g電流密度下，在2000次迴圈後表現出167 mAh g的優異倍率效能。應用於SIBS，在2000次迴圈後，在2A g的電流密度下，它表現出260 mAh g的長週期穩定性
圖1：紡錘體鏈fo@ncnfs復合奈米纖維的製備和形貌。
在這項工作中，通過種子介導的生長策略構建了紡錘體鏈結構，與混合策略（將金屬有機框架與紡絲溶液混合後的靜電紡絲）相比，該策略具有更高的質量負載。 具體而言，預製備的奈米晶種子為外來原子提供了非均相成核生長位點，這些外來原子牢固地錨定在奈米纖維表面。 另一方面，在二次生長過程中，可以通過控制動力學和熱力學引數來調節外來原子的生長模式，有效避免晶體的獨立成核和生長，從而準確製備珠鏈結構。 退火後，纖維基體和結晶顆粒收縮成紡錘鏈，衍生fo@ncnfs具有厚度約為45 nm的碳殼由於碳表面與奈米顆粒之間的空間限制效應，防止了金屬氧化物的分離和聚集，這對提高電池的能量密度和長迴圈壽命有很大的優勢。
圖2：鋰離子電池中紡錘鏈fo@ncnfs復合奈米纖維的電化學效能。
圖3：鈉離子電池中紡錘鏈fo@ncnfs復合奈米纖維的電化學效能。
為了研究其結構與效能的關係，研究人員測試了其電化學效能，如迴圈效能和倍率效能。 fo@ncnfs作為鋰離子電池的負極材料在10 A G的電流密度下迴圈2000次，放電容量為167 mAh g。作為鈉離子電池負極材料，表現出超長迴圈穩定性在2 A g電流密度下，可逆容量為260 mAh g，可逆容量為2000次，在8 A g電流密度下，可逆容量為102 mAh，可逆容量為7000次
結果表明，紡錘鏈類fo@ncnfs復合奈米纖維在充放電迴圈中具有良好的空間約束效應，可以緩解Fexoy的體積膨脹效應，促進離子電子遷移。 此外，基於碳骨架良好的導電性和機械強度，改善了fo@ncnfs的動力學過程，並相應地保持了結構穩定性和連續電子遷移，這對提高LIBS SIBs的倍率效能和迴圈壽命具有很大的優勢。
圖4：整個電池的實際應用。
此外，製備的全電池fo@ncnfs-6 LiCoO2和fo@ncnfs-6 Na3V2（PO4）3可點亮至少45個LED燈泡，顯示出實際應用前景。 因此，這種從奈米尺度調控到巨集觀尺度的紡錘鏈結構將為高能量密度和功率密度纖維電極材料的製備及其在下一代可充電電池中的應用提供新的視角。
*鏈結：人物簡介：
喬輝，江南大學教授、博士生導師。 主持國家自然科學**、江蘇自然科學**、江蘇產學研聯合創新**、中國博士後科學**專項資金和一般專案等國家（或省級）專案。 近年來，他在Advanced Fiber Materials、Small、Chemical Engineering Journal、Advanced Composites and Hybrid Materials、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊共發表了80篇SCI**論文，被引用次數超過2000次。 參與編寫《功能奈米纖維及其應用》英文教材1本; 授權發明專利4項; 曾獲教育部自然科學獎二等獎、中國紡織工業聯合會科技進步獎三等獎、中國商業聯合會科技進步獎三等獎。
魏志甫，江南大學教授，博士生導師。 現任江南大學生態紡織品教育部重點實驗室主任，入選教育部新世紀傑出人才、江蘇省“333高層次人才培養工程”首批中青年科技領軍人才、江蘇省“六峰人才”計畫。 他是紡織生物工程和資訊學會（TBIS）國際執行委員會的成員。 研究成果獲教育部自然科學獎二等獎、新疆維吾爾自治區自然科學獎二等獎、中國商務聯合會科學技術獎一等獎。 他指導的博士生曾獲得國家優秀博士提名獎、江蘇省優秀博士提名獎等。 主持承擔國家（或省部級）專案和國家重點研發計畫、國家高技術研究計畫（863）、國家自然科學計畫、科技部科研院專項、教育部創新團隊等多項企業合作專案。 近年來發表SCI論文400餘篇，被引用13000餘次，H因子55，主編英文學術專著2部，2020-2022年連續三年被愛思唯爾評為“中國高被引學者”。