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記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該核同步輻射實(shí)驗(yàn)室宋禮教授課題組，在同步輻射研究插層2D納米結(jié)構(gòu)方面取得新新進(jìn)展。

二維層狀材料因其獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能在能源存儲和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域均表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。2D層面內(nèi)原子以強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，而層與層之間以弱的范德華力結(jié)合，這為客體插層劑插入其層間提供了可能性。插層二維材料能夠在原子尺度上實(shí)現(xiàn)對材料電子結(jié)構(gòu)和本征物理性質(zhì)的調(diào)控, 提高材料的載流子濃度、遷移率、磁學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等物理性質(zhì). 近年來, 探索合適的方法制備具有不同類型和功能的二維插層新結(jié)構(gòu)已逐漸成為材料科學(xué)、物理、化學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。合成了金屬錫離子插層的三氧化鉬二維層狀新材料，利用同步輻射技術(shù)解析了插層離子與主體材料的相互作用和成鍵配位環(huán)境，將其應(yīng)用在鋰離子電池上，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

在本研究中，科研人員通過調(diào)節(jié)水熱合成工藝將錫(Sn)原子引入到三氧化鉬(α-MoO3)納米帶層間，在保持了二維材料原有的形貌和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，層間距顯示出一定的增大。通過同步輻射XAFS技術(shù)深入解析了插層錫原子與主體三氧化鉬材料的相互作用和成鍵配位環(huán)境。結(jié)合性原理模擬發(fā)現(xiàn)，錫原子在三氧化鉬層間和氧原子相互作用，并與五個(gè)氧成鍵形成獨(dú)特的五面體結(jié)構(gòu)。得到的錫離子插層三氧化鉬材料表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰離子充放電性能和超高的循環(huán)穩(wěn)定性，其主要?dú)w因于這種金屬原子插層策略不僅擴(kuò)大了二維三氧化鉬的層間距，同時(shí)提高了材料的導(dǎo)電性，使得鋰離子可以在層間快速的傳輸，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升的同時(shí)增強(qiáng)了鋰離子電池的各項(xiàng)指標(biāo)。

這一研究結(jié)果有望為新型插層2D新材料的設(shè)計(jì)提供新思路和表征新技術(shù)。

原標(biāo)題:二維層狀材料可插入原子間，讓鋰離子電池效能大增