碳基负极材料虽具备低成本与高安全性优势，但其固有理论比容量（372 mAh g1）难以满足电动汽车日益增长的高能量密度需求。正交相五氧化二铌（Nb2O5）凭借快速离子嵌入/脱出动力学备受关注，然而经掺杂、缺陷工程等策略优化后，其实际容量仍被限制在约200 mAh g-1，远低于实用化阈值。因此，开发新策略以获得对铌基材料结构和容量之间更加深入的认识，从而设计高倍率铌基材料去提高电池性能至关重要。 多氧铌酸盐（PONbs）作为结构明确的多氧阴离子簇，因其可调变的框架结构、高电子/离子容纳能力及优异稳定性，成为极具潜力的负极候选材料。其独特的刺激响应型单晶到单晶（SCSC）转变特性，为在原子尺度解析结构-性能关系提供了理想平台。
最近，福州大学郑寿添教授/蔡平伟副教授团队联合德国美因茨大学Carsten Streb教授团队成功构筑了全无机二维PONb框架材料 Li2K5[Sb(H2O)][GeNb12O40(VVO)2]·8H2O（FZU-3），它由钒基团盖帽α-Keggin PONb，[GeNb12O40(VVO)2]（表示为GeNb12V2）次级构筑单元构建，由[Sb(H2O)]3+锑络合接头桥接。在甲酸（HCOOH）刺激下，FZU-3于5分钟内发生SCSC转变，形成新相H1.5LiK2VV1.5[Sb(H2O)][GeNb12O40(VIVO)0.5]·8H2O（FZU-3H），该过程涉及1.5个盖帽{VVO}基团解离并迁移至层间域，以及剩余{VVO}盖帽还原为{VIVO}。与FZU-3相比，FZU-3H表现出更高的比容量和倍率能力，甚至优于当前大多数已报道的锂离子电池铌基负极材料。 高质量单晶 X 射线衍射（SCXRD）数据结合原位XRD结果表明，结构变化源于盖帽盖帽V5+离子的迁移，进而导致框架内空隙空间的增加，这不仅有有利于锂离子的存储，也促进了其快速迁移，从而增强了电容存储机制。此外，理论计算进一步证实SCSC转变产生了更多空隙，不仅能够容纳更多的Li+离子，同时降低了其转移能垒。该工作报道了一种结构明确的新型二维全无机PONb材料，并揭示其结构转变和锂离子电池性能直接的构-效关系，为面向实际应用的锂离子电池负极材料设计提供了一种全新的策略。 相关结果发表Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是福州大学孙财副教授，硕士生陈建萍和武燕兰博士。 论文信息 Single-Crystal-to-Single-Crystal Transformation in a Thermally Stable All-Inorganic Polyoxoniobate Framework Boosts Lithium Ion Battery Anode Performance Prof. Dr. Cai Sun, Jian-Ping Chen, Dr. Yan-Lan Wu, Yi-Ying Li, Prof. Dr. Xin-Xiong Li, Prof. Dr. Ping-Wei Cai, Prof. Dr. Carsten Streb, Prof. Dr. Shou-Tian Zheng Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202506533
