锂离子电池因锂资源有限且分布不均，其大规模储能应用面临成本与供应链压力，钠离子电池因钠元素丰度高、价格低廉而被视为重要替代方案。过渡金属硫化物（TMS）因理论比容量高、电化学活性优异，被认为是极具潜力的钠离子电池负极材料。其中，四硫化钒（VS4）具有独特的一维线性链状结构，由V4+与S22−二聚体连接而成，层间间距大，且V的多价态可变特性赋予其高达1197 mAh g−1的理论比容量。然而，VS4本征电导率低、充放电过程中体积膨胀严重，且致密堆积的微观结构导致离子传输动力学迟缓，严重制约其实际应用。MXene材料（如Ti3C2Tx）凭借优异的金属级导电性和可调控的表面化学性质，可作为高效电子传输通道和机械缓冲层；同时，表面活性剂诱导缺陷工程被认为是提升TMSs储钠性能的有效策略。
新疆大学曹亚丽课题组开发了一种PVP诱导的富缺陷VS4电极，并将其原位生长在Ti3C2Tx导电层表面，构筑了PVP-VS4/Ti3C2Tx复合结构。这种独特结构利用PVP诱导产生丰富的硫缺陷，暴露了更多的电化学活性位点；同时，Ti3C2Tx作为二维导电网络，不仅防止了VS4微结构的紧密堆积，还为材料提供了高效的电子/离子传输通道。通过界面电荷的重新分布，该复合结构有效降低了钠离子的吸附能，并显著提升了反应动力学。这些协同效应使得电极材料在充放电过程中表现出优异的稳定性。得益于上述结构优势，PVP-VS4/Ti3C2Tx复合电极展现出卓越的电化学性能：在0.5 A g−1的电流密度下具有760 mAh g−1的高比容量；在10 A g−1的高倍率下仍保持80.5%的容量；在5 A g−1下循环1000次后容量保留711 mAh g−1，在10 A g−1下循环600次后容量仍达518 mAh g−1。此外，组装的NaFePO4//PVP-VS4/Ti3C2Tx全电池在300次循环后容量保持率高达87.2%，并成功点亮了LED灯，验证了其在实际应用中的潜力。这项研究为克服过渡金属硫化物的本征缺陷提供了有效的结构调控策略，并拓展了MXene基复合材料在高性能钠离子电池中的应用前景。
【研究亮点】
· 通过PVP诱导自掺杂与形貌调控，构筑了自掺杂二维PVP-VS4/Ti3C2Tx复合结构；DFT计算证实，Ti3C2Tx的引入可有效降低钠离子吸附能并优化界面电子结构，为电荷转移构建了高效传输通道。
· 构建二维交联导电网络实现超快充与长循环，单层/少层Ti3C2Tx作为骨架锚定VS4，形成多向电子/离子快速通道，使材料在5 A g−1大电流下稳定循环1000圈后仍保持711 mAh g−1的容量，兼具快速的离子传输特性与优异的结构稳定性。
· 以NaFePO4为正极组装的全电池在0.5 C下经500圈循环后容量保持率达87.2%，且仍能点亮LED灯泡，证实其在高效储能器件中具备优异的循环耐久性与实际应用潜力。
其成果以题为“Ultrafast sodium ion storage in self-doped 2D PVP-VS4/Ti3C2Tx hybrids for high-performance sodium ion half/full batteries”在国际知名期Carbon Energy上发表。本文第一作者为研究生唐铭宣，通讯作者为曹亚丽教授和贾殿赠教授，通讯单位为新疆大学。
文献链接：https://doi.org/10.1002/cey2.70177
