可充电镁电池（
RMBs
）具有低成本、高容量（
3833 mA h cm
−3
）和无枝晶形成等优点，在下一代储能领域具有巨大的潜力。然而，高极化镁离子与基质晶格之间的强静电相互作用导致了
RMBs
缓慢的电化学反应动力学，这严重限制了它们的发展。因此，寻求先进的正极材实现离子和电荷的快速转移迫在眉睫。
针对这一问题，
武汉理工大学纳米重点实验室团队报道了一种电子注入策略调控Mo 4d轨道分裂方式
，首先制备了双相MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结构来实现高效的镁离子存储。其中，双相MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结（o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
）包括正交晶相的MoO
2.8
F
0.2
（o-MoO
2.8
F
0.2
）和立方晶相的MoO
2.4
F
0.6
（c-MoO
2.4
F
0.6
）。相关研究发表于
《国家科学评论》
（
National Science Review
, NSR），武汉理工大学博士生
王卫潇
为第一作者，
麦立强
教授、
安琴友
研究员为共同通讯作者。
研究团队提出氧（O）和氟（F）相邻位于元素周期表的同一周期（周期II）。然而，电负性和价电子构型（O: 2s
2
2p
4
, F: 2s
2
2p
5
）的差异导致了F元素取代O元素时在八面体MoO
6
中会发生电子注入。电子注入策略触发MoO
6
八面体的弱Jahn-Teller畸变和Mo 4d轨道的重组，导致部分相变，从而获得双相MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结构。所设计的o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结具有丰富的内置电场，同时增强了晶体框架中的电子转移和离子扩散。另外，o-MoO
2.8
F
0.2
具有钼空位，可以解锁层状晶体结构的非活性基面，缩短镁离子沿b轴和ac平面在晶体框架中的扩散长度（L）。此外，c-MoO
2.4
F
0.6
激活了封闭的晶体结构，提高了材料中镁离子的扩散系数（D）。因此，通过将o-MoO
2.8
F
0.2
和c-MoO
2.4
F
0.6
整合在一起，精心设计的o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结构可以两方面同时减小的Mg
2+
扩散时间（t）（t ≈L
2
/D）。
图1 （a）氧和氟的原子结构。（b） o-MoO
2.8
F
0.2
和（c）c-MoO
2.4
F
0.6
的电子态密度图。（d）Mo 4d轨道分裂方式示意图。（e）o-MoO
2.8
F
0.2
、c-MoO
2.4
F
0.6
和o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结构中Mg
2+
的扩散示意图
o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
电极具有高可逆容量（303.8 mAh g
−1
，0.1 A g
−1
的电流密度)和优异的倍率性能（154.1 mAh g
−1
，2 A g
−1
的电流密度）。此外，组装好的o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
//Mg全电池在0.1 A g
−1
的电流密度下具有172.5 mAh g
−1
的显著可逆容量。
图2 （a）o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
电极在不同电流下的充放电曲线。（b）o- MoO
2.8
F
0.2
、c- MoO
2.4
F
0.6
和o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
电极的速率能力，（c）Nyquist图，（d）0.1 A g
−1
下的循环性能。（e）o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
电极的GITT曲线。（f, g）组装后的o-c MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
//Mg全电池的循环性能倍率性能。
该研究结果提出了轨道尺度可以调控材料的晶相，并获得了高性能的双相MoO
2.8
F
0.2
/MoO
2.4
F
0.6
异质结构正极材料，实现了正极材料中电子电导率和离子扩散率的双重提升。
