同济大学/喀什大学马杰教授团队《Adv. Funct. Mater.》：纳米限域工程驱动非本征赝电容，打破氯离子存储Trade-off！

第一作者：雷晶晶

通讯作者：马杰

通讯作者联系方式：*Email:jma@tongji.edu.cn。

通讯单位：同济大学

论文DOI：10.1002/adfm.76949

研究背景

氯离子（Cl-）作为自然界中储量丰富、来源广泛的重要电荷载流子，其高效、可逆的存储与能量转换过程是新型储能器件、电化学离子分离及环境资源利用等技术发展的核心基础。然而，现有Cl-存储电极普遍存在反应动力学缓慢、循环稳定性不足以及容量、速率和寿命难以兼顾等问题，成为制约氯离子储能技术发展的关键瓶颈。近年来，在锂、钠等储能体系中，纳米尺度诱导的非本征赝电容（Extrinsic Pseudocapacitance）被证明能够显著提升电池材料的离子存储动力学和循环稳定性，但这一理念尚未拓展至Cl-储能体系，其核心挑战在于超细纳米颗粒的不稳定性限制了其尺寸效应的发挥。

内容简介

针对上述问题，研究团队提出了“纳米限域工程驱动非本征赝电容”的新策略，利用原位纳米限域稳定超细Bi纳米点，成功激发储氯电池材料体系中的非本征赝电容，加速了Cl-存储反应动力学；同时，多通道中空碳骨架有效促进电解液渗透与离子传输，并抑制Bi在循环过程中的迁移聚集和体积膨胀，实现了高容量、快速率和长循环寿命的协同提升，突破Bi基Cl-存储电极长期存在的性能trade-off。

图文导读

纳米限域：让Bi纳米点“稳下来”

研究团队提出原位纳米限域工程策略，通过静电纺丝结合原位碳化，构建了Bi纳米点均匀锚定于多通道中空碳纳米纤维（Bi@MCNF）的新型结构。多通道中空骨架不仅实现了Bi纳米点的稳定限域，有效抑制团聚并缓冲体积膨胀，还构建了连续的电子/离子传输通道。

非本征赝电容：让Cl-存储“快起来”

接近消失的GCD曲线平台证明了Bi@MCNF中非本征赝电容的存在。得益于MCNF对Bi纳米点的原位纳米限域，Bi@MCNF由传统扩散控制的转化反应转变为以表面控制为主导的储能行为，大大加速了Bi/BiOCl的反应动力学。

打破Trade-off：让综合性能“强起来”

受益于原位纳米限域结构与非本征赝电容的协同增强，Bi@MCNF实现了高容量、快速率、长循环和低能耗的Cl-存储性能，在Bi基电极中展现出领先优势。该电极不仅具有优异的高电压稳定性和循环再生能力，还可实现微咸水及实际自来水中Cl-的高效去除，验证了其在电化学离子分离与环境应用中的潜力。

总结

本研究提出“纳米限域工程激发非本征赝电容”的新策略，通过构筑Bi@MCNF结构实现了Cl-快速、高容量和长寿命捕获，突破了速率、容量与循环稳定性之间的性能Trade-off。该工作为氯离子存储与电化学离子分离材料设计提供了新的结构范式，有望推动下一代阴离子储能技术及电化学离子分离等能源与环境交叉领域的发展。

论文链接:

http://doi.org/10.1002/adfm.76949

马杰课题组主页：

http://nano.tongji.edu.cn/

作者简介

第一作者简介

雷晶晶

雷晶晶，本科、硕士和博士研究生分别毕业于太原理工大学（2016）、中国矿业大学（北京）（2019）和同济大学（2025），博士生导师为马杰教授。主要从事氯离子储存电极设计、构筑及储存机制研究，聚焦氯离子载流材料及其在能源存储与环境离子分离中的应用。以唯一第一作者在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Chemical Science, Chemical Engineering Journal等国际期刊发表多篇研究论文。曾获中国矿业大学（北京）优秀毕业生、同济大学优秀博士学位论文等荣誉。

通讯作者简介

马杰

马杰，同济大学环境科学与工程学院教授，博士生导师，喀什大学土木工程学院院长，新疆碳纳米材料制备与应用重点实验室主任，喀什大学水资源与水环境工程技术中心主任，中组部第十一批、第十二批援疆干部，新疆天山创新团队负责人，组建同济大学环境功能材料研究中心（https://nano.tongji.edu.cn/）和喀什大学环境生态修复功能材料与技术团队，长期致力于水资源高效利用研究，主持5项国家自然科学基金，在Nat. Water, Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., Nano Let., Research, Water. Res., Environ. Sci. Technol.等期刊以第一/通讯作者发表SCI论文250余篇，ESI高被引/热点论文35篇/次，论文总他引21000次，h-index 80，主编《环境材料概论》，参编英文专著3部，授权中国发明专利20项。担任Sci. Rep.、Chinese Chem. Lett.、Sustainable Horizons、物理化学学报和复合材料学报等期刊编委，新疆地震学会副理长，新疆工程材料与结构重点实验室学术委员会副主任，新疆节能减排专家委员会学术委员会副主任，中国化学会高级会员、中国有色金属学会环境保护学术委员会委员等，入选“上海市东方英才计划拔尖项目”，“新疆杰出青年基金”，“上海市人才发展基金”、同济大学“中青年科技领军人才”和“百人计划”等，获上海市自然科学二等奖（1/5），河南省自然科学奖三等奖、中国化工学会基础研究成果奖二等奖等，担任中国环境科学学会年会《环境修复材料》分会主席，中国材料大会《环境分离净化材料与技术》分会主席，中国新材料产业发展大会《环境分离净化材料》分会主席，入选科睿唯安 “全球高被引科学家”，爱思唯尔“中国高被引学者”，斯坦福“全球前2%顶尖科学家榜单”和ScholarGPS全球前0.05%顶尖科学家榜单。

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