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空气敏感性仍然是钠(Na)层状氧化物(NLOs)商业化的一个重大障碍。这个问题已经困扰了科学界几十年，因为空气成分之间相互作用的复杂性以及它们对NLOs的体积和表面的影响。

2024年8月15日，中国科学院物理研究所胡勇胜、容晓晖、陆雅翔及燕山大学黄建宇等共同通讯在Science在线发表题为”Decoupling the air sensitivity of Na-layered oxides“的研究论文，该研究表明只有当分别与二氧化碳或氧气结合时，水蒸气才能在引发 NLO 的破坏性酸和氧化降解中发挥关键作用。

定量分析表明，降低离子电位和钠含量综合影响的阳离子竞争系数(h)和增大粒径可以增强材料的抗酸侵蚀能力，而使用高电位氧化还原对可以消除氧化降解。这些发现阐明了潜在的空气恶化机制，并使空气稳定NLOs的设计合理化。

另外，2024年8月8日，燕山大学张湘义及北京航空航天大学张海天共同通讯在Science在线发表题为“Fast fabrication of a hierarchical nanostructured multifunctional ferromagnet”的研究论文，该研究从传统的合金设计理念出发，提出了一种分层纳米结构(HNS)策略，以同时打破材料中的多种性能权衡。使用镨钴(PrCo5)铁磁体作为概念验证，所得的HNS优于当代高温铁磁体，电阻率提高了50%至138%，同时实现了最高的能量密度。我们的策略还实现了矫顽力的特殊热稳定性(- 0.148%/°C)，这是器件精度和可靠性的关键特征，超过了现有的商用稀土磁体。多功能源于有意引入的纳米层次结构，它激活了多种微机制来抵抗畴壁运动和电子传递，为多功能材料提供了一种先进的设计理念。

层叠金属氧化物作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(NIBs)的正极材料，由于其卓越的容量和可扩展性。与锂层状氧化物(LLOs)相比，钠层状氧化物(NLOs，其配方为NaxTMO2，其中TM代表过渡金属)面临着一个关键挑战:即使没有富镍设计，这是LLOs不稳定的主要原因，由于对空气暴露极度敏感，它们仍然在数小时内迅速降解。这个问题可能导致容量损失、电极制造困难和性能低下。这种空气不稳定性已经阻碍了NLOs的综合利用超过40年，因此解决这个问题对于释放NLOs的潜力、彻底改变储能格局和加速实用NIBs的发展至关重要。

要了解不稳定的起源，首先要了解空气与NLOs之间的相互作用。然而，耦合的大气成分，预覆盖残留物，以及死后表征的环境影响可能掩盖了清晰的降解途径。这导致了各种降解模式，包括水分子插层，TM被O2或H2O氧化，CO2与表面或大块残留物之间的直接反应，碳酸盐离子插层吸收CO2或H2O，以及Na+ /H+或Na+ / H3O +与水交换。尽管存在争议，但水蒸气本身的破坏性作用被广泛强调。除了机理不清楚外，缺乏标准的方法和定量分析进一步阻碍了对不同NLOs空气稳定性的精确评估，从而模糊了设计原则。因此，迫切需要全面认识空气不稳定问题，合理设计空气稳定NLOs。

酸和氧化降解影响的量化及开发空气稳定NLOs的对策（图源自Science）

在该研究中，作者观察到水蒸气本身并不会破坏NFM111及其类似物，而是作为一个关键因素，导致不同的酸降解和氧化降解，分别与CO2和O2共同作用。该研究结果为空气稳定NLOs的设计提供了一个全面的路线图，重点是推进下一代NIBs的实用性。这些见解将成为进一步探索的催化剂，旨在克服相关材料的类似稳定性挑战，从而推动该领域向前发展。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm9223

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