ACS Nano是化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊之一，在國(guó)際上擁有廣泛的影響力，其收錄的文章主要分布在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)研究的原創(chuàng)性、結(jié)構(gòu)的新穎性等有著極為嚴(yán)格的要求，最新影響因子為13.942。

近日，美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)旗艦期刊ACS Nano刊發(fā)我校重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳明鉑團(tuán)隊(duì)在碳基復(fù)合儲(chǔ)能材料領(lǐng)域的最新研究成果“Metal-Organic Frameworks Mediated Synthesis of One-Dimensional Molybdenum-Based/Carbon Composites for Enhanced Lithium Storage”（金屬有機(jī)框架材料輔助合成高儲(chǔ)鋰性能的一維鉬基化合物/碳復(fù)合材料）。該成果提出一種新型構(gòu)筑高性能碳基復(fù)合儲(chǔ)能材料的方法，對(duì)設(shè)計(jì)合成新一代電池電極材料具有重要指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。我校化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)2015級(jí)碩士研究生田巍為第一作者，吳明鉑教授為通訊作者，中國(guó)石油大學(xué)（華東）為第一署名單位。

近年來(lái)，隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品和新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，開(kāi)發(fā)具有高能量密度、大倍率特性以及長(zhǎng)使役壽命的鋰離子電池已成為新能源領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。作為鋰離子電池的關(guān)鍵材料，傳統(tǒng)石墨負(fù)極性能已近極限，基于石墨負(fù)極的鋰離子電池性能已無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用快速增長(zhǎng)的需求。因此，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新結(jié)構(gòu)、高性能的鋰離子電池負(fù)極材料成為當(dāng)前的迫切任務(wù)。過(guò)渡金屬化合物具有遠(yuǎn)高于石墨電極的容量，但其導(dǎo)電性差以及明顯的體積膨脹效應(yīng)極大限制了其作為鋰離子電池電極材料使用時(shí)的性能和壽命。將過(guò)渡金屬化合物與納米碳材料進(jìn)行有機(jī)耦合，構(gòu)筑具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的雜化材料有望從根本上提升其電化學(xué)性能。因不同組分間表界面性質(zhì)迥異，在微納米尺度下如何簡(jiǎn)單、高效地實(shí)現(xiàn)這些組分的均勻可控復(fù)合仍然充滿挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一難題，吳明鉑團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、泰山學(xué)者工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目的資助下，創(chuàng)新性地從金屬有機(jī)框架材料（MOFs）出發(fā)，采用其與過(guò)渡金屬氧化物原位自組裝－熱轉(zhuǎn)化的策略，成功創(chuàng)制了多種具有優(yōu)異儲(chǔ)鋰性能的鉬基化合物/納米碳復(fù)合材料。基于對(duì)MOFs在金屬氧化物表面生長(zhǎng)機(jī)理的深入探究，該團(tuán)隊(duì)利用表面活性劑等輔助手段精確調(diào)控了MOFs在金屬氧化物表面的生長(zhǎng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了室溫條件下對(duì)三氧化鉬納米棒前驅(qū)體的快速均勻包覆，并通過(guò)后續(xù)熱處理等可控制備了具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜納米碳包覆多孔氧化鉬/碳化鉬納米棒。具有多孔結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)能有效緩解儲(chǔ)鋰過(guò)程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，大幅度提高了材料的使用壽命；均勻的納米碳包覆則顯著提高了材料的導(dǎo)電性。此外，殼層的金屬有機(jī)框架材料可同時(shí)作為碳源前驅(qū)體和熱解反應(yīng)物，其在熱解過(guò)程中的限域轉(zhuǎn)化有效控制了活性物質(zhì)的尺寸，賦予了復(fù)合材料優(yōu)異的倍率特性。進(jìn)一步動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明，復(fù)合材料電化學(xué)容量中贗電容貢獻(xiàn)高，有望用于構(gòu)筑高性能動(dòng)力型鋰離子電池，在新能源電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。所制復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)性能歸因于巧妙合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及不同組分間的協(xié)同耦合，為設(shè)計(jì)其他類型過(guò)渡金屬化合物/碳基復(fù)合材料提供了新的設(shè)計(jì)思路。

審稿專家對(duì)該研究成果給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為金屬有機(jī)框架材料輔助合成高儲(chǔ)鋰性能一維鉬基化合物/碳復(fù)合材料的方法對(duì)多維度碳材料的可控制備及過(guò)渡金屬化合物/碳基復(fù)合材料的合成具有重要意義，在碳材料構(gòu)筑和儲(chǔ)能應(yīng)用方面將會(huì)引起廣泛關(guān)注。