广东工业大学/广州大学Small:高熵掺杂协同MXene构筑超稳定高倍率钠硒电池阴极材料

图1：HE‑Fe₃Se₄/Se/MX复合材料的合成路径与物相表征

图1a展示了复合材料的分步合成策略：首先在MXene上原位生长高熵普鲁士蓝类似物（HE‑PBA），随后经高温硒化转化为HE‑Fe₃Se₄/Se/MX。XRD图谱（图1b）显示高熵前驱体硒化后形成Fe₃Se₄与单质Se两相共存，而低熵样品中Se含量显著降低，说明高熵掺杂促进Se的嵌入与稳定。Raman光谱（图1c）中位于261.5 cm⁻¹的峰证实了无定形Se链的存在，且HE‑Fe₃Se₄/Se/MX的峰强最高，与其最高Se负载量一致。TGA曲线（图1d）定量显示Se含量随高熵掺杂与MXene引入逐步提升，进一步验证了高熵结构对Se的稳定作用。

图2：复合材料的微观形貌与元素分布

SEM图像显示（图2a‑c），低熵样品呈不规则团聚颗粒（≈100 nm），而高熵掺杂与MXene复合后颗粒尺寸减小至≈70 nm，分布更均匀。TEM与HRTEM图像（图2d‑e）证实MXene层（晶面间距0.317 nm）、HE‑Fe₃Se₄纳米颗粒（0.208 nm）与Se域（0.250 nm）形成了紧密异质结构。SAED图谱（图2f）呈现多晶衍射环，表明多相共存。EDS面扫描（图2g）证明Fe、Se及掺杂元素（Co、Mn、Ni、Cu）在复合材料中均匀分布，验证了高熵掺杂的成功实现。

图3：HE‑Fe₃Se₄/Se/MX电极的电化学性能

CV曲线（图3a）显示复合材料在0.01–3.0 V范围内呈现多步可逆氧化还原峰，对应Se与Fe₃Se₄的逐步转化与嵌入反应。充放电曲线（图3b）表明HE‑Fe₃Se₄/Se/MX具有最高的比容量和最小的极化。倍率性能测试（图3c）显示其在0.1 A g⁻¹下容量为512 mAh g⁻¹，在30 A g⁻¹下仍保持330 mAh g⁻¹，容量保持率达64.4%。长循环测试（图3d,f）表明在10 A g⁻¹下循环1000次后容量保持337 mAh g⁻¹，每圈衰减率仅0.0106%，显著优于对照样品。

图4：电化学动力学机理分析

不同扫速下的CV曲线（图4a‑c）显示HE‑Fe₃Se₄/Se/MX的峰位偏移最小，表明极化低、反应动力学快。b值分析（图4e）表明其储能行为以表面电容为主（b≈0.9），而对照样品则更多受扩散控制。EIS图谱（图4g‑i）显示复合材料具有最低的电荷转移电阻（2.53 Ω）和最高的Na⁺扩散系数，证实高熵掺杂与MXene复合显著提升了界面反应与离子传输动力学。第一性计算（图4j‑l）进一步揭示高熵结构优化了电子态分布，并降低了Na⁺迁移能垒。

图5：储钠机制与结构演变研究

通过非原位HRTEM与SAED（图5a‑d）观察到在完全放电态（0.01 V）下生成Na₂Se与Fe纳米晶，充电态（3.0 V）下恢复为Fe₃Se₄与Se，证实了高度可逆的转化反应。原位EIS（图5e）显示在充放电过程中电荷转移电阻随相变动态变化，进一步支持了Se与Fe₃Se₄协同储钠的机制（图5f）。

Ultrastable and High‐Rate Sodium Storage Enabled by High‐Entropy Doping in HE‐Fe 3 Se 4 /Se/MXene Composites. Lei Luo;Wei Yin;Lianyi Shao;Junling Xu;Xiaoyan Shi;Jiahai Wang;Zhipeng Sun. ISSN: 1613-6810 , 1613-6829; DOI: 10.1002/smll.202514126. Small : nano micro. , 2026.

焦耳加热设备

焦耳热高温超快材料制备装置可实现毫秒级别升温和降温，能达到1秒内升温至3000K的效果，试验样品可以是薄膜、块体、粉末等。对比现在常用的马弗炉、管式炉升温慢、加热时间长等缺点，极大地节约了科研人员宝贵的科研时间，并且会有与马弗炉和管式炉不同的冲击效果。该装置可抽真空或者是通氛围气体使用，还可以根据要求进行定制。公司致力于实验室（超）高温、解决方案。目前我公司设备已广泛应用于能源催化材料、石墨烯等二维材料、高熵化合物、陶瓷材料等材料的超快速高质量制备。详情请咨询王工：15210323690。

 如您想了解更多设备信息

    欢迎扫码，我们将为您详细解答。