硬碳因低成本、环境友好及高理论比容量等优点而成为钠离子电池十分有潜力的负极材料。然而，传统的硬碳材料是由无烟煤或有机质煅烧得到，这就不可避免地使材料表面残留一些含氧官能团（羟基、羰基、羧基等）。这些含氧官能团会导致界面电荷分布不均，诱导碳酸酯溶剂在表面持续还原分解，导致无法形成稳定的负极/电解液界面相，且溶剂分解产物会进一步恶化体相电解液。

近日，哈尔滨工业大学化工与化学学院的马玉林教授、付传凯助理教授及浙江大学化学工程与生物工程学院刘铁峰研究员提出了一种硬碳表面官能团靶向化设计的方法，有效改善了硬碳负极/碳酸酯电解液的相间化学。

使用三甲基硅烷溶液对硬碳负极表面进行处理，在一定条件下三甲基硅烷分子与硬碳的含氧官能团反应形成Si-O或Si-C化学键，巧妙地使三甲基硅烷分子桥接在硬碳负极的表面上，三甲基硅烷分子间会继续相互反应形成Si-O-Si分子层覆盖到硬碳负极表面，三甲基硅烷分子上未反应的H保留在硬碳表面。结果，硬碳表面固有的高反应活性氧官能团被巧妙地转化为可以锚定阴离子的靶向官能团H。H和PF₆⁻之间较强的离子-偶极相互作用促进了阴离子在硬碳表面的富集，定向引导无机/有机杂化界面相的形成，显著增强了界面的钠离子传输和长期稳定性。

最终，该改性硬碳负极表现出与碳酸酯电解液的良好的兼容性，其倍率能力与长循环寿命均表现出明显的提升。该工作为促进酯基钠离子电池硬碳负极的开发和实用化提供了一条新的途径。

Regulating Interphase Chemistry by Targeted Functionalization of Hard Carbon Anode in Ester-Based Electrolytes for High-Performance Sodium-Ion Batteries

Guangxiang Zhang, Dr. Chuankai Fu, Shuyang Gao, Haoquan Zhao, Chi Ma, Ziwei Liu, Shuai Li, Dr. Zhijin Ju, Prof. Hua Huo, Prof. Pengjian Zuo, Prof. Geping Yin, Dr. Tiefeng Liu, Prof. Yulin Ma

文章的第一作者是哈尔滨工业大学化工与化学学院的博士生张广相

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202424028