鑒于此， 四川大學 趙焱教授 、武漢理工大學 麥立強教授 、江漢大學 李兆槐博士 等 設計并制備了單金屬和氮共摻雜的碳-三明治MXene（M-NC@MXene）納米片，它具有高度有序的納米通道，直徑為10nm。實驗和計算驗證了M-NC@MXene納米片可通過以下幾種方式消除鋰枝晶： （1）通過高度有序的離子通道重新分配鋰離子通量；（2）通過雜原子摻雜選擇性地傳導鋰離子和錨定陰離子以延長鋰枝晶的成核時間；（3）在常規(guī)聚丙烯（PP）隔膜上緊密交錯以阻擋鋰枝晶的生長路徑。因此，采用Zn-NC@MXene涂層的PP隔膜，組裝的Li||Li對稱電池在3 mA cm ^-2 的高電流密度和3 mAh cm ^-2 的高面容量下表現出25 mV的超低過電位，以及1500小時的循環(huán)壽命。此外，值得注意的是，它還將能量密度為305 Wh kg ^-1 的Li||Ni83軟包電池的壽命提高了5倍。另外，Li||Li、Li||LiFePO ₄ 、Li||S電池的卓越性能揭示了精心設計的多功能離子分流器在進一步實際應用中的巨大潛力。

文章要點：

1. 這項工作提出了一種具有同質納米通道的多功能鋰離子流分流器，以實現無枝晶的鋰負極。該鋰離子分流器由中間厚度約為5納米的二維MXene片和兩邊包裹的單金屬和亞硝酸鹽共摻雜的碳組成（標記為M-NC@MXene）。

3. 這種獨特的結構在納米尺度上擁有超均勻的垂直離子通道。此外，單金屬的電解液電阻很低，與Li的親和力很高，作為強陽性位點可以將陰離子固定在電解液中。根據眾所周知的Sand方程，這會降低陰離子在負極表面附近的轉移數，抑制電解液溶劑的分解，從而提高SEI穩(wěn)定性，并推遲鋰枝晶的初始生長時間。

3. 通過將Zn-NC@MXene涂層的聚丙烯（PP）隔膜與Li||NCM電池系統(tǒng)相匹配，所得軟包電池實現了305 Wh kg ^-1 的能量密度，顯示了穩(wěn)定的循環(huán)，延長了5倍的使用壽命。

4. 值得注意的是，在Li||S電池中，M-NC@MXene的單金屬原子促進了鋰離子的傳輸，選擇性地阻斷了電負性多硫化物的通過，并催化了多硫化物的轉化。

圖1 材料制備及表征

圖2 Zn-NC@MXene/PP的表征

圖3 電化學性能研究

圖4 M-NC@MXene納米片功能的DFT驗證

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