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强界面键合的绣球花状MnO@Ti₃C₂Tₓ负极材料制备与储锂

来源：花匠小妙招时间：2026-01-22 03:07

构建“ 绣球花状”MnO@Ti₃C₂T ₓ多级异质结构：水热自组装实现Mn—O—Ti强界面键合，碳层包覆协同MXene导电网络。最优MnO@Ti₃C₂T ₓ-3在0.1 A/g可逆容量997.38 mAh/g，首效73.71%；2 A/g循环300圈仍保持552.36 mAh/g，显著优于已报道锰基负极，为高功率长寿命锂电提供新策略。

强界面键合的绣球花状MnO@Ti3C2Tx负极材料制备与储锂性能

■ 作者

孙衍鹍1, 李泽辰1, 王子昂1, 郑方植1, 廖思嘉1, 盘唐缘1, 叶强1,2, 肖志华1,2, 李永峰1, 徐春明1,2

■ 单位

1. 中国石油大学（北京）重质油全国重点实验室;

2. 中国石油大学（北京）碳中和未来技术学院

■ 引用格式

孙衍鹍，李泽辰，王子昂，等.强界面键合的绣球花状MnO@Ti3C2Tx负极材料制备与储锂性能[J].洁净煤技术，2025，31（8）：133−146.

SUN Yankun，LI Zechen，WANG Ziang，et al. Strong interfacial-bonded hydrangea-like MnO@Ti3C2Tx anode material: Fabrication and lithiumstorage performance[J].Clean Coal Technology，2025，31（8）：133−146.

创新点

一步水热自组装原位构筑Mn—O—Ti强键合异质界面，MXene层间限域抑制MnO体积膨胀；精准调控Ti₃C₂Tₓ含量3%，形成“绣球花状”多级导电网络，电荷转移阻抗降至39 Ω，实现高容量(997 mAh/g)与长循环(300圈@2 A/g)兼得。

研究背景

MnO理论容量756 mAh/g、成本低，但导电性差、体积膨胀大，致首效低、循环差。现有锰/MXene复合多为物理混合，界面结合弱，长循环结构易粉化。亟需发展原位化学键合、多级结构协同的新方案，以同步提升导电性、抑制膨胀并暴露活性位。

研究内容

以乙酰丙酮锰为Mn源，在Ti₃C₂Tₓ层间水热自组装“绣球花状”前驱体，600 °C煅烧获MnO@Ti₃C₂Tₓ。系统调控Ti₃C₂Tₓ含量(0~20%)，表征SEM/TEM、XRD、Raman、XPS、BET及电化学性能。3% Ti₃C₂Tₓ样品呈现均匀花球，Mn—O—Ti键诱导生成MnTiO₃异质界面；比表面积20.6 m²/g，孔径154 nm，ID/IG低至0.68，石墨化度高。

研究结论

1）水热-煅烧一步构建Mn—O—Ti强键合，MXene层间限域使MnO分散均匀，抑制体积膨胀，热分解温度提升11 °C。

2）3% Ti₃C₂Tₓ最优：电荷转移阻抗降至39 Ω，0.1 A/g可逆容量997.38 mAh/g，首效73.71 ；2 A/g循环300圈容量552.36 mAh/g，保持率>95%，显著优于同类锰基负极。

3）过量MXene致团聚、活性位稀释，容量下降；本策略为高容量锰基负极界面工程提供可扩展路线。

重要图表

图3. 相结构演变分析

图6. 煅烧后复合物的拉曼图谱

图11. MnO@Ti₃C₂Tₓ负极的储锂性能图

图12. MnO@Ti₃C₂Tₓ负极的电化学阻抗谱

通讯作者简介

肖志华，副教授，硕士生导师，获得中国石油大学（北京）青年拔尖人才支持计划资助，主持国家自然科学青年基金项目、重质油全国重点实验室自主研究项目。主要从事新型烯碳材料的可控制备与电化学储能应用研究、烯碳/芳纶复合纤维批量化制备与应用研究。担任Nature Communications、Joule、Nano-Micro Letters等国际顶级期刊审稿人，担任Frontiers in Chemistry、Processes、Green Manufacturing Open等国际期刊客座编辑、《石油学报》和《当代化工研究》国产期刊编委，新质力材料发展联盟专家智库常务理事、中国工业合作协会新材料与能源专委会理事等。在Advanced Functional Materials、EnergyStorage Materials等国际知名期刊上发表SCI论文60余篇，其中一作/通讯35篇。

通讯作者简介

李永峰，教授，中国石油大学（北京）新能源与材料学院院长，首批海外高层次人才入选者，“国家优秀青年基金”获得者，北京市昌平区政协委员，中国颗粒学会第六、七届理事会理事，中国复合材料学会矿物复合材料专业委员会副主任，第七届石墨及石墨材料产业专业委员会理事等。本人始终围绕国家重大应用需求，聚焦“石墨烯低成本、绿色、批量制备”的关键瓶颈问题，开展高质量石墨烯材料的制备及应用研究工作，组建了“新型碳材料研究室”团队。累计发表SCI论文300余篇，他引9000多次，连续3年入选爱思唯尔“中国高被引学者”。主持国自然重点基金1项，面上项目2项，企业横向14项。授权国家发明专利30件，其中实现专利转化17项，相关技术成果转化金额达7000余万元。

课题组简介：

中国石油大学（北京）新能源与材料学院“新型碳材料研究室”，依托新能源科学与工程学科，成立于2011年，以李永峰教授为核心，导师组含教授2人、副教授3人、讲师1人，团队始终秉持“立德树人、言传身教、学高为师、身正为范”理念，深耕氢能储能、电化学储能、氢分子健康应用等领域10余年，成员涵盖教师团队7人，学生硕博团队100余人，具备深厚的技术底蕴。累计在 Nature Commun.、J.Am.Chem.Soc.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、EnergyStorage Mater.等国际高水平期刊发表SCI论文300余篇，授权中国发明专利30余项，其中实现专利转化17项，曾获中石化联合会技术发明二等奖、中国专利优秀奖等。团队聚焦“双碳”战略与储能需求，首创“过程强化辅助超临界CO₂流体物理法”，攻克石墨烯粉体低成本绿色制备难题，建成百吨/年生产示范装置。在山东临沂/惠州建成导电剂生产线、在河北沧州建设3 GWh石墨烯复合电池项目等，支撑学校“国家储能技术产教融合创新”平台，育人成果荣登《大道同行——校史里的中国》专题片。相关技术累计转让/许可金额达7000余万元。

中国石油大学（北京）新型碳材料研究团队

代表性技术1：石墨烯粉体绿色规模化制备

代表性技术2：千吨级石墨烯导电剂生产线