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Protein Cage Inspired Bridge‐Island Effect Enables Low‐Temperature Targeted Self‐Assembly of Hierarchical Hollow Polyanionic Cathodes for Sodium‐Ion Batteries

成核 阴极 材料科学 纳米技术 模板 自组装 制作 离子 离子液体 超分子化学 微尺度化学 离子键合 软物质 纳米线 合理设计 密度泛函理论 桥接(联网) 阳极 纳米颗粒 聚合物 模板方法模式 金属有机骨架 编织 高分子 软质材料 纳米结构 微球
作者
Shuqiang Li,Xueying Lu,Li Yu,Yuteng Gong,Qiannan Zhou,Huaizhi Wang,Feng Wu,Chuan Wu,Ying Bai
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (45): e202511732-e202511732 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202511732
摘要

Abstract Achieving targeted morphological control over polyanionic cathodes under mild conditions remains a critical challenge. Drawing inspiration from the self‐assembly of protein cages, we propose an ionic weaving strategy for the low‐temperature fabrication of hierarchical hollow Na 3 V 2 O 2 (PO 4 ) 2 F (NVOPF) cathodes. By introducing low‐cost monosodium glutamate as a template precursor, the derived glutamate species self‐assemble into hollow micellar soft templates under the coordination bridging of VO 2+ ions. Subsequently, PO 4 3– , Na + , and F – ions are electrostatically attracted to VO 2+ ‐anchored microdomains, triggering island‐like nucleation. The VO 2+ ‐mediated bridge‐island effect facilitates both the construction of microscale hollow soft templates and the localized nucleation of nanocrystals, thereby enabling micro/nano hierarchical hollow morphology control of NVOPF under mild conditions. Moreover, the self‐assembly mechanism underlying hollow soft template formation is systematically elucidated for the first time through a combination of soft matter probing techniques, including fluorescence microscopy and negative staining, supported by density functional theory calculations and all‐atom molecular dynamics simulations. The resulting NVOPF‐based cathode exhibits ultra‐stable high‐rate cycling and excellent low‐temperature durability. This work establishes a new paradigm that integrates supramolecular self‐assembly with metal‐ion coordination chemistry for the rational design of fast‐charging polyanionic cathode materials.
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