作者：黃成相，張偉，鄭偉濤

研 究 背 景

迄今為止，發(fā)現(xiàn)了不同成分的氧化鉬，包括MoO3、MoO2和一些中間體，它們已被精細地合成并在各種儲能應(yīng)用中進行了探索。這些氧化鉬的三維結(jié)構(gòu)源于由邊共享和/或角共享樣式堆疊的MoO6八面體單元。MoO6八面體由于其特殊的配位模式提供了不同的平衡鍵距離，這顯著影響了Mo-O鍵的長度。

這里，八面體特征源于六個O原子與一個Mo原子的連接，并且O原子在等邊三角形的拐角處被三個Mo包圍。此外，氧化鉬中MoO6八面體之間的空位點被用作寄主那些外來離子，如H+和Li+，這對于電極材料中的嵌入/脫嵌過程非常有利。同時，它伴隨著離子遷移的同時，也伴隨著Mo氧化態(tài)的部分還原。本文闡述了氧化鉬的基本特性、合成與表征、電化學(xué)應(yīng)用以及未來的研究發(fā)展。

文 章 簡 介

基于此，吉林大學(xué)張偉教授和鄭偉濤教授在國際期刊Materials Today Energy上發(fā)表題為“The debut and spreading the landscape for excellent vacancies-promoted electrochemical energy storage of nano-architected molybdenum oxides”的綜述文章。

本文系統(tǒng)總結(jié)納米結(jié)構(gòu)氧化鉬的物理、電子和化學(xué)性質(zhì)，充分討論了晶體場理論及其電子能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計對電化學(xué)儲能相關(guān)性能的影響。而后也探討了MoO3-x的合成技術(shù)和表征，如合成優(yōu)勢和關(guān)鍵挑戰(zhàn)。得益于這些優(yōu)點，對氧化鉬的電荷存儲機制及其電化學(xué)應(yīng)用（包括鋰離子電池、非鋰離子電池和超級電容器）進行了深入討論。隨著整個領(lǐng)域的發(fā)展，除了目前已取得的進展外，還為這一前景廣闊的領(lǐng)域提出了未來努力的機會和前景。

本 文 要 點

要點一：MoO3-x的基本特性

氧缺陷的干預(yù)對內(nèi)部和表面界面之間的相互作用有很大影響。表面氧缺陷的引入將導(dǎo)致半導(dǎo)體表面電荷分布不均勻和價鍵分布不平衡，這將有效修改氧化鉬的表面電子結(jié)構(gòu)。氧原子的缺失可能導(dǎo)致周圍原子的重排，從而有效地調(diào)節(jié)了層間距。

此外，缺陷工程的調(diào)控將產(chǎn)生更多低配位數(shù)的表面金屬原子，并暴露出更多懸空鍵，從而產(chǎn)生表面極性，這可以提高材料表面與其他原子、離子或小分子的結(jié)合能力。另一方面，將氧缺陷引入晶體界面將在半導(dǎo)體帶隙處形成窄帶電子態(tài)，并最終形成新的缺陷能級或淺施主能級，從而降低帶隙并提高了材料的導(dǎo)電性。

要點二：MoO3-x的合成與表征

各種合成方法已被用于構(gòu)建MoO3-x的尺寸和形貌。常見的方法包括：水熱/溶劑熱法、電沉積法、溶膠-凝膠法、氣相沉積法等。因此，MoO3-x的合成已被廣泛研究并取得巨大的發(fā)展。然而，氧空位作用的具體原理仍有爭議。因此，必須通過多功能表征方法系統(tǒng)地研究氧空位與性能之間的關(guān)系，以便更全面和深入地研究氧空位的作用。

對于MoO3-x中的氧空位，有多種表征氧空位的方法來進行定性或定量表征。采用適當?shù)谋碚鞣椒梢允刮覀兏钊氲亓私釳oO3-x的缺陷和空位，從而建立結(jié)構(gòu)與性能之間的對應(yīng)關(guān)系，以便更準確和有效地設(shè)計和調(diào)節(jié)材料的氧空位。

要點三：應(yīng)用

氧化鉬由于其獨特的結(jié)構(gòu)和電子特性，在滿足電化學(xué)儲能方面具有巨大的潛力。目前已廣泛應(yīng)用于離子電池、非鋰離子電池和超級電容器等領(lǐng)域，而重中之重的是，目前還缺乏完整的氧化鉬的電荷存儲機制的深入討論。此外，傳統(tǒng)上，金屬陽離子是插層贗電容最常用的電荷載體。然而，由于其結(jié)晶度和晶體尺寸，其電化學(xué)性能完全不同，這都得溯源到氧化鉬的電化學(xué)存儲機制上。因此，對于氧化鉬在各電化學(xué)領(lǐng)域的而言，對其電荷存儲機制的研究是必不可少的。

要點四：展望

許多先前的工作已經(jīng)證明，通過引入氧空位可以優(yōu)化電極材料的電化學(xué)性能。但是，要全面理解氧化鉬納米材料的微觀結(jié)構(gòu)、成分的細節(jié)以及電化學(xué)機制并不容易。為了促進氧化鉬納米材料進一步的發(fā)展，以便實現(xiàn)更深入地研究和挖掘，本文從氧空位精確引入、先進表征技術(shù)、反應(yīng)機理探究以及產(chǎn)業(yè)化等方面進行討論，為未來的研究發(fā)展提出了一些改進策略。審核編輯：郭婷