電池電極材料通常都是微米級(≥1µm）顆粒🏇🏼，然而微米電極材料通常具有長的離子擴散距離而不利於性能的發揮，設計合成具有介孔結構的微米級單晶電極材料📀，可以結合微米結構和納米結構的優勢，從而實現高的電池性能，具有非常重要的意義。矽酸鈦鋰（Li₂TiSiO₅）作為一種三元金屬氧化物，用於鋰離子電池負極時具有基於兩電子轉換反應的高理論容量，同時還表現出約0.28 V（V vs. Li/Li⁺）的安全工作電位，能夠避免鋰枝晶的同時確保高能量密度。然而其塊體結構具有低的本征電子和離子電導率，因此構建單晶介孔結構Li₂TiSiO₅以提升其電化學性能是十分渴望的。但是由於組裝和結晶過程的可控性，合成單晶介孔金屬氧化物材料仍然是一項艱巨的挑戰。

針對上述問題🙈，沐鸣开户李偉教授團隊在National Science Review（《國家科學評論》）上發表了題為“Micelle-directed self-assembly of single-crystal-like mesoporous stoichiometric oxides for high-performance lithium storage（《膠束定向組裝合成微米尺度介孔矽酸鈦鋰實現高安全鋰存儲》）”的研究成果📬，首次通過一種定向生長機製合成了微米尺度介孔Li₂TiSiO₅顆粒材料，得益於介孔結構和納米級晶體骨架所實現的快速鋰離子擴散🧘，該材料實現了優異的倍率性能和循環穩定性，同時兼具高安全的鋰存儲特性。這項研究提出的配位調控膠束定向組裝結合分步結晶策略👩🏽‍🏫，為設計和合成高度結晶和化學計量比的介孔金屬氧化物開辟了獨特的視角👨🏽，也為獲得高安全和高性能的電池材料提供了新的思路👩🏿‍🦳。文章第一作者為沐鸣平台博士生萬延華和王常耀博士🐁，通訊作者為李偉教授。

(a, b) 類單晶介孔Li₂TiSiO₅的性能圖；(c) 塊體和介孔Li₂TiSiO₅電極中Li⁺擴散機理示意圖

研究團隊製備了化學計量比的Ti⁴⁺/Li⁺-檸檬酸配合物，利用膠束定向組裝合成了介觀結構復合物🧎🏻‍➡️，通過分步結晶策略，實現了類單晶介孔Li₂TiSiO₅可控製備。該材料中存在著由連續單晶狀Li₂TiSiO₅骨架包圍的約4 nm的均勻介孔，同時在介孔邊緣存在著厚度約2 nm的導電碳層。結構表征進一步證明了該材料的高質量單晶結構🤟。結果清楚地顯示了電化學活性的TiO₆八面體鏈和非活性的SiO₄四面體所組成的層狀結構🐜，其由LiO₆八面體鏈沿c軸連接🏌🏼‍♂️，這被認為是這種材料具有大尺寸互連通道的起源🧛🏿🥵。同時這種具有活性鏈和非活性鏈交替排列的互連多面體網絡在適應體積變化方面起著重要作用🧄，有助於晶體結構在鋰存儲過程中的穩定。

(a) 膠束定向組裝合成類單晶介孔Li₂TiSiO₅示意圖𓀃🧑🏿‍🦱；(b-d) 球差矯正HAADF-STEM研究類單晶介孔Li₂TiSiO₅的原子結構

該研究工作得到了科技部💲、國家自然科學基金委員會、上海市科學技術委員會、沐鸣平台、沐鸣开户🔕、先進材料實驗室和物理系的大力支持。

       全文鏈接🧎🏻‍♀️：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae054