图 离子去溶剂化和溶剂共插层机制的直接成像
在国家自然科学基金项目（批准号：52076188）等资助下，浙江大学严建华和薄拯教授团队、余倩教授团队与法国图卢兹第三大学P. Simon教授团队等合作，开展了超级电容储能机理研究，在赝电容储能界面特性方面取得新进展。研究成果以“过渡金属碳化物电极中促进电荷储存的离子去溶剂化机制（Ion Desolvation for Boosting the Charge Storage Performance in Ti3C2 MXene Electrode）”为题，于2025年4月23日在线发表在《自然•通讯》（Nature Communications）期刊。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58700-x。
超级电容是国内外重点发展的功率型储能技术，主要分为双电层电容、赝电容和金属离子电容三类。其中，赝电容结合了固液静电吸附和化学反应，具有比双电层电容更高的能量密度。赝电容的储能性能与电极/电解液界面的离子分布、输运及反应特性密切相关，相关机理研究对储能材料的设计和制备具有重要的指导意义。
在上述储能机制中，离子在电极材料内的溶剂化特性对储能性能有至关重要的影响。由于传统表征技术难以同时对插层阳离子、溶剂和电极材料进行原子级成像，长期以来缺乏离子去溶剂机制的直接证据，制约了相关储能理论的发展。为此，研究团队将原子级成像技术、数值模拟和电化学测试相结合，通过积分差分相位衬度扫描透射电镜（iDPC-STEM）、高分辨电子能量损失谱元素分布图（EELS mapping）、⁷Li固态核磁共振（ssNMR）和程序升温脱附-质谱联用（TPD-MS）等手段，对过渡金属碳化物赝电容储能中的“离子去溶剂化”和“溶剂共插层”两种界面现象进行了原子级成像和分析。在此基础上，针对过渡金属碳化物电极，研究了以上两种不同界面状态下的储能性能。
研究发现，相比于溶剂共插层，离子去溶剂化可以有效增强插层离子与电极材料的相互作用，在促进电荷转移的同时提高电荷储存容量。研究工作在原子尺度下提升了对超级电容储能机理的认识，为金属离子电池和金属离子电容等其他电化学储能体系的机理研究提供了新的方法，为高效电化学储能材料的设计和制备提供了理论指导。