江南大学乔辉教授&魏曲富教授：种子介导生长方法构建基于MIL-88A的纺锤链复合纳米纤维，用于高性能锂钠离子电池负极
基于静电纺丝技术的一维纳米纤维结构比表面积大，孔隙丰富，有利于在充放电循环过程中提供更多的活性位点，良好的导电途径有利于改善离子的快速扩散和电荷转移，在储能应用中显示出巨大的潜力。 特别是，由纳米纤维和过渡金属氧化物硫化物等无机材料构成的珠串结构已被广泛用作锂离子电池（LIBS）和钠离子电池（SIBS）的阳极材料。 然而，一维纳米纤维结构的应用仍面临一些挑战，如过渡金属氧化物和硫化物等无机材料与纤维基体之间的粘附力较弱、纳米颗粒分散不均匀、表面载荷低、结构不稳定等。因此，制备具有高能量密度和功率密度的纤维电极材料仍是一个巨大的挑战。
最近江南大学乔辉教授、魏福福教授该团队在《先进纤维材料》杂志上发表了最新的研究成果。growth-controllable spindle chain heterostructural anodes based on mil-88a for enhanced lithium/sodium storage”。通过静电纺丝技术和种子介导的生长策略，研究人员在水溶液中协调Fe3+和富马酸，构建了铁**有机骨架（MIL-88A）自牺牲模板的纺锤链结构，这是一种环保的合成途径。 结果表明，种子介导的生长策略可以分离成核和生长阶段，从而更好地控制MIL-88A的形状演变，改善表面质量负荷。 得益于其杂原子掺杂的导电网络、多孔结构和多组分协同效应，在LIBS fe2o3@n掺杂碳纳米纤维（fo@ncnfs）的纺锤体结构在10 A g电流密度下，在2000次循环后表现出167 mAh g的优异倍率性能。应用于SIBS，在2000次循环后，在2A g的电流密度下，它表现出260 mAh g的长周期稳定性
图1：纺锤体链fo@ncnfs复合纳米纤维的制备和形貌。
在这项工作中，通过种子介导的生长策略构建了纺锤体链结构，与混合策略（将金属有机框架与纺丝溶液混合后的静电纺丝）相比，该策略具有更高的质量负载。 具体而言，预制备的纳米晶种子为外来原子提供了非均相成核生长位点，这些外来原子牢固地锚定在纳米纤维表面。 另一方面，在二次生长过程中，可以通过控制动力学和热力学参数来调节外来原子的生长模式，有效避免晶体的独立成核和生长，从而准确制备珠链结构。 退火后，纤维基体和结晶颗粒收缩成纺锤链，衍生fo@ncnfs具有厚度约为45 nm的碳壳由于碳表面与纳米颗粒之间的空间限制效应，防止了金属氧化物的分离和聚集，这对提高电池的能量密度和长循环寿命有很大的优势。
图2：锂离子电池中纺锤链fo@ncnfs复合纳米纤维的电化学性能。
图3：钠离子电池中纺锤链fo@ncnfs复合纳米纤维的电化学性能。
为了研究其结构与性能的关系，研究人员测试了其电化学性能，如循环性能和倍率性能。 fo@ncnfs作为锂离子电池的负极材料在10 A G的电流密度下循环2000次，放电容量为167 mAh g。作为钠离子电池负极材料，表现出超长循环稳定性在2 A g电流密度下，可逆容量为260 mAh g，可逆容量为2000次，在8 A g电流密度下，可逆容量为102 mAh，可逆容量为7000次
结果表明，纺锤链类fo@ncnfs复合纳米纤维在充放电循环中具有良好的空间约束效应，可以缓解Fexoy的体积膨胀效应，促进离子电子迁移。 此外，基于碳骨架良好的导电性和机械强度，改善了fo@ncnfs的动力学过程，并相应地保持了结构稳定性和连续电子迁移，这对提高LIBS SIBs的倍率性能和循环寿命具有很大的优势。
图4：整个电池的实际应用。
此外，制备的全电池fo@ncnfs-6 LiCoO2和fo@ncnfs-6 Na3V2（PO4）3可点亮至少45个LED灯泡，显示出实际应用前景。 因此，这种从纳米尺度调控到宏观尺度的纺锤链结构将为高能量密度和功率密度纤维电极材料的制备及其在下一代可充电电池中的应用提供新的视角。
*链接：人物简介：
乔辉，江南大学教授、博士生导师。 主持国家自然科学**、江苏自然科学**、江苏产学研联合创新**、中国博士后科学**专项资金和一般项目等国家（或省级）项目。 近年来，他在Advanced Fiber Materials、Small、Chemical Engineering Journal、Advanced Composites and Hybrid Materials、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊共发表了80篇SCI**论文，被引用次数超过2000次。 参与编写《功能纳米纤维及其应用》英文教材1本; 授权发明专利4项; 曾获教育部自然科学奖二等奖、中国纺织工业联合会科技进步奖三等奖、中国商业联合会科技进步奖三等奖。
魏志甫，江南大学教授，博士生导师。 现任江南大学生态纺织品教育部重点实验室主任，入选教育部新世纪杰出人才、江苏省“333高层次人才培养工程”首批中青年科技领军人才、江苏省“六峰人才”计划。 他是纺织生物工程和信息学会（TBIS）国际执行委员会的成员。 研究成果获教育部自然科学奖二等奖、新疆维吾尔自治区自然科学奖二等奖、中国商务联合会科学技术奖一等奖。 他指导的博士生曾获得国家优秀博士提名奖、江苏省优秀博士提名奖等。 主持承担国家（或省部级）项目和国家重点研发计划、国家高技术研究计划（863）、国家自然科学计划、科技部科研院专项、教育部创新团队等多项企业合作项目。 近年来发表SCI论文400余篇，被引用13000余次，H因子55，主编英文学术专著2部，2020-2022年连续三年被爱思唯尔评为“中国高被引学者”。