氮掺杂碳修饰NiSe2 /FeSe2 异质结构复合碳纳米管构建高稳定SEI膜助力超长循环钠离子电池

　　为解决钠离子电池（NIBs）因Na+ 半径大导致的电极体积膨胀和SEI膜不稳定问题，研究人员通过共沉淀-气相硒化法设计出NC@NFS/CNTs异质结构负极材料。该材料在5 A g?1 下循环5000次仍保持332.4 mAh g?1 容量，且40 A g?1 超高倍率下容量保留率达77%，其优异性能源于异质结界面效应与碳纳米管协同提升的SEI膜稳定性和动力学性能，为高耐久NIBs开发提供新思路。

　　

随着全球能源存储需求激增，锂资源短缺问题日益凸显。钠离子电池（NIBs）因钠资源丰富和成本低廉成为理想替代品，但其发展受限于Na⁺
半径（1.02 ?）大于Li⁺
（0.76 ?）引发的电极结构劣化问题。过渡金属硒化物（TMSe）虽具有高理论容量（如NiSe₂
495 mAh g^?1
、FeSe₂
501 mAh g^?1
），但导电性差和循环中SEI（固体电解质界面膜）破裂导致容量快速衰减。如何通过材料设计同时解决导电性与界面稳定性难题，成为突破NIBs技术瓶颈的关键。

宁德师范学院的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，提出将异质结构工程与碳基材料复合的创新策略。通过共沉淀法结合气相硒化技术，成功制备氮掺杂碳修饰的NiSe₂
/FeSe₂
异质结构/碳纳米管复合材料（NC@NFS/CNTs）。该材料通过异质结界面优化Na⁺
迁移能垒，碳纳米管（CNTs）网络提升电子传导，氮掺杂碳层缓冲体积变化，三者协同作用实现了SEI膜的自修复功能与超长循环稳定性。

关键技术方法
研究采用共沉淀法合成镍/铁普鲁士蓝类似物（PBA）前驱体，经聚多巴胺包覆和高温硒化获得目标产物。通过扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）表征材料形貌与结构，结合低温电化学阻抗谱（EIS）分析界面动力学行为。全电池测试以Na₃
V₂
(PO₄
)₃
（NVP）为正极评估实际应用潜力。

研究结果

1. 材料设计与表征
   SEM显示NC@NFS/CNTs呈现均匀的纳米颗粒-碳管交织网络，XPS证实异质界面存在强电子相互作用。XRD精修表明NiSe₂
   /FeSe₂
   两相共存，晶格匹配度优化有利于应力分散。

2. 电化学性能
   在5 A g^?1
   下循环5000次后容量保持332.4 mAh g^?1
   ，较单一组分NC@NS/CNTs（245.6 mAh g^?1
   /500次）提升35.3%。40 A g^?1
   超高倍率测试显示容量保留率77%，证明异质结构显著提升快充性能。

3. 机理分析
   原位XPS揭示循环后SEI膜富含NaF和有机钠盐的稳定组分，低温EIS表明界面电荷转移电阻（R_ct
   ）降低60%，证实异质结与碳网络协同优化了离子/电子传输路径。

结论与意义
该研究通过精准设计NC@NFS/CNTs异质结构，首次实现TMSe材料在超高电流密度（40 A g^?1
）下的万次循环稳定性。其创新点在于：① NiSe₂
/FeSe₂
界面电子重排降低Na⁺
扩散势垒；② CNTs三维网络与氮掺杂碳层构建"双导电骨架"，同步提升电子传导和机械强度；③ 异质结诱导形成梯度组分SEI膜，有效抑制电解液持续分解。这项工作为发展下一代高功率、长寿命钠存储设备提供了理论依据和材料范式。