2024年8月15日，中国科学院物理研究所胡勇胜、容晓晖、陆雅翔及燕山大学黄建宇等共同通讯在Science在线发表题为”Decoupling the air sensitivity of Na-layered oxides“的研究论文，该研究表明只有当分别与二氧化碳或氧气结合时，水蒸气才能在引发 NLO 的破坏性酸和氧化降解中发挥关键作用。定量分析表明，降低离子电位和钠含量综合影响的阳离子竞争系数(h)和增大粒径可以增强材料的抗酸侵蚀能力，而使用高电位氧化还原对可以消除氧化降解。这些发现阐明了潜在的空气恶化机制，并使空气稳定NLOs的设计合理化。

此外，2024年8月8日，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室极端变形研究中心张湘义教授团队与国内研究团队合作，提出了一种多级纳米结构（HNS）的策略，成功破解了永磁材料中多种内在的性能冲突，实验发现了多功能铁磁体。合成的HNS铁磁体的性能优于当代高温永磁体。其电阻率增加了50%至138%，并获得了最高的能量密度；另外，其矫顽力热稳定性优于现有的稀土永磁材料。研究成果以“多级纳米结构多功能铁磁体的快速制备”为题（Fast fabrication of a hierarchical nanostructured multifunctional ferromagnet）发表于Science期刊[Science Vol. 385, No. 6709]。燕山大学化迎新博士和李晓红教授为该论文的共同第一作者。

层叠金属氧化物作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(NIBs)的正极材料，由于其卓越的容量和可扩展性。与锂层状氧化物(LLOs)相比，钠层状氧化物(NLOs，其配方为NaxTMO2，其中TM代表过渡金属)面临着一个关键挑战:即使没有富镍设计，这是LLOs不稳定的主要原因，由于对空气暴露极度敏感，它们仍然在数小时内迅速降解。这个问题可能导致容量损失、电极制造困难和性能低下。这种空气不稳定性已经阻碍了NLOs的综合利用超过40年，因此解决这个问题对于释放NLOs的潜力、彻底改变储能格局和加速实用NIBs的发展至关重要。

要了解不稳定的起源，首先要了解空气与NLOs之间的相互作用。然而，耦合的大气成分，预覆盖残留物，以及死后表征的环境影响可能掩盖了清晰的降解途径。这导致了各种降解模式，包括水分子插层，TM被O2或H2O氧化，CO2与表面或大块残留物之间的直接反应，碳酸盐离子插层吸收CO2或H2O，以及Na+/H+或Na+/ H3O+与水交换。尽管存在争议，但水蒸气本身的破坏性作用被广泛强调。除了机理不清楚外，缺乏标准的方法和定量分析进一步阻碍了对不同NLOs空气稳定性的精确评估，从而模糊了设计原则。因此，迫切需要全面认识空气不稳定问题，合理设计空气稳定NLOs。

酸和氧化降解影响的量化及开发空气稳定NLOs的对策（图源自Science）

在该研究中，作者观察到水蒸气本身并不会破坏NFM111及其类似物，而是作为一个关键因素，导致不同的酸降解和氧化降解，分别与CO2和O2共同作用。该研究结果为空气稳定NLOs的设计提供了一个全面的路线图，重点是推进下一代NIBs的实用性。这些见解将成为进一步探索的催化剂，旨在克服相关材料的类似稳定性挑战，从而推动该领域向前发展。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm9223

编辑：梁萍