Electrochemically Activated α→β Phase Transition in Space‐Confined MnO/MnSe‐Based Heterostructure Enabling Exceptional Li/Na‐Ion Storage

材料科学 异质结 热解炭 纳米技术 碳纤维 阳极 石墨烯 相变 电化学 亚稳态 储能 相(物质) 工作(物理) 合理设计 析氧 空位缺陷 化学物理 电容器 化学工程 电极 电化学储能 结构稳定性 导电体 光电子学 过渡金属 纳米光刻 应变工程 工程物理 空间电荷
作者
Wenlong Cai,Xiande Zhang,Jie Hu,Sun X,Tuan Wang,Enhao Xu,Hao Wu,Yingyue Zhang,Kaipeng Wu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (19): e00045-e00045
标识
DOI:10.1002/smll.202600045
摘要

The advancement of conversion-type anodes for Li/Na-ion batteries necessitates innovative strategies to synergistically address sluggish kinetics and structural degradation. Herein, a rational multi-scale engineering paradigm is proposed by constructing a MnO/MnSe-based heterostructure space-confined in a hierarchical carbon matrix. Such architecture synergizes oxygen vacancy (Vo) engineering, in situ phase-transition-driven heterointerface reconstruction, and dual-carbon space confinement. Systematic selenization control enables the formation of Vo-rich MnO coupled with metastable α-MnSe, which undergoes irreversible electrochemical transformation to conductive β-MnSe during initial cycling, creating dynamically stabilized heterointerfaces with optimized charge redistribution. First-principles calculations reveal that the α→β phase transition is thermodynamically driven by interfacial energy minimization, and the newly formed β-MnSe demonstrates robust structural stability and significantly enhanced Li/Na electrochemical kinetics. The space-confined carbon (scC) framework, integrating pyrolytic carbon and graphene confinement, orchestrates ion/electron highways while alleviating mechanical stress. The optimized MnO-Vo/β-MnSe@scC delivers exceptional rate capability and cycling performance, surpassing current state-of-the-art Mn-based anodes. This work establishes a universal materials design philosophy that couples phase transition manipulation, defect modulation, and heterointerface engineering with space hierarchical carbon confinement, providing transformative insights into overcoming intrinsic limitations of conversion materials for next-generation high-power energy storage systems.
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