全文速览近年来，六方过渡金属硼化物h-MAB相备受瞩目。硼作为一种具有三个价电子的轻元素，易形成多原子键，有助于克服电子缺陷，与金属离子产生高的反应活性。此外，六方结构则赋予h-MAB相卓越的稳定性。因此，h-MAB相被认为是潜在高容量和循环稳定性的电极材料。近期，西北工业大学王俊杰教授研究团队，采用简单有效的球磨法将功能性铟（In）空位引入到h-MAB相Ti2InB2中。作为锂离子电池（LIBs）负极材料的铟缺陷Ti2InB2h-MAB相（VIn-Ti2InB2），获得高容量（600
mAh g-1）和优异的长周期循环稳定性（在电流密度为5 A g-1下，5000次循环，平均容量衰减为0.0018％和10 A g-1下，15,000次循环，平均容量衰减为0.093％）。与近年来已报道的MAX/MAB相材料相比，本研究的VIn-Ti2InB2电极在不同电流密度下的可逆比容量和循环稳定性均脱颖而出。此外，结合理论计算和实验测试，研究者提出了VIn-Ti2InB2的双氧化还原反应储锂机制，即发生在VIn-Ti2InB2（010）和（001）表面铟空位促进的锂铟合金反应，和发生在VIn-Ti2InB2的（010）端面和（001）表面Li-TiB的氧化还原反应。相关研究成果以Defect
Engineering of Hexagonal MAB Phase Ti2InB2 as Anode of
Lithium-Ion Battery with Excellent Cycling Stability为标题发表在学术期刊Advanced
Science（Adv. Sci.2024, 2308589）上，该工作的第一作者为西北工业大学材料学院博士研究生沈清，通讯作者为王俊杰教授。
研究者采用固相法合成了Ti2InB2h-MAB相，并对其进行详细的结构表征。XRD测试结果表明初始Ti2InB2h-MAB相的成功制备（伴随着一些能被盐酸清洗的杂质相）。SEM和TEM显示了其典型的层状结构，相应的元素分布图则分别显示了Ti、In和B的均匀分布。 图1 Ti2InB2h-MAB相的结构表征：(a) XRD 图；（b）SEM图；（c）TEM mapping 图和（d）EDS结果 研究者进一步对VIn-Ti2InB2进行详细的表征测试。XRD图表明经过球磨和盐酸处理后可得到纯净的Ti2InB2h-MAB相。电子顺磁共振谱图则表明VIn-Ti2InB2的铟空位浓度更高。TEM图和XPS测试结果则进一步证明了VIn-Ti2InB2中存在的铟空位。 图2 VIn-Ti2InB2h-MAB相的结构表征：(a)
XRD 图（b）EPR测试图；（c）TEM图；（d-e）XPS图；（f）DOS图 研究者研究了VIn-Ti2InB2和Ti2InB2的电化学性能。发现在0.1
A g-1下，VIn-Ti2InB2和Ti2InB2在0.1
A g-1下的循环可逆容量分别为600和200 mAh g-1; 在1 A g-1下，VIn-Ti2InB2仍能达到400
mAh g-1 的高容量。在长循环方面，VIn-Ti2InB2表现出优异的稳定性，特别是在电流密度为5 A g-1下（5000个循环，平均容量衰减为0.0018％）和10 A g-1（15,000个循环，平均容量衰减为0.093％）展现出出色的长周期循环稳定性。与近年来已报道的MAX/MAB相材料相比，本文的VIn-Ti2InB2电极在不同电流密度下的初始可逆比容量和循环稳定性均脱颖而出。 图3 电化学性能研究：（a）CV曲线；（b-c）循环性能；（d）倍率性能；（e）长循环性能；（f）性能比较；（g）全电池的倍率性能和（h）循环性能 为了研究VIn-Ti2InB2的储锂机理和反应动力学，研究者进行了非原位的SEM、XRD、TEM、循环伏安分析和DFT理论计算。通过非原位的SEM、XRD和TEM测试表明，经过多次充放电周期，VIn-Ti2InB2呈现出许多薄而均匀的纳米片，且层间距也被打开，这是由于合金产物在循环过程中造成的体积膨胀，以及锂离子反复嵌入/脱出，导致MAB相出现片层剥落。此外，经过600次循环后的CV表明，原始的氧化还原峰变宽，曲线整体形状发生了变化，这些使得电化学容量提高。DFT理论结果则证明了铟缺陷的存在会进一步促进锂铟合金反应和锂在TiB层氧化还原反应的发生。 图4 VIn-Ti2InB2的电化学行为和机理研究：（a）EIS曲线；（b）循环后的XRD和（c）TEM图；（d）不同扫描速率下的循环伏安曲线；（e）不同扫描速率下，电容和扩散控制的贡献占比图；（f）不同表面和吸附位点对锂的吸附能；（g-h）迁移势垒图 最后，研究者结合理论计算和实验测试提出了双重储能机制来解释VIn-Ti2InB2相较于原始Ti2InB2相的优越锂储存性能。即在本研究中采用的简单球磨处理显著增加了(001)和(010)平面的暴露，也导致大量铟空位的产生，促进两种的反应的发生：即发生在VIn-Ti2InB2（010）和（001）表面上铟空位促进的锂铟合金反应，以及发生在VIn-Ti2InB2的（010）端面B位和（001）表面上Ti位的氧化还原反应。 图5 VIn-Ti2InB2的储锂机制示意图
总结与展望本文通过简单有效的球磨的方法，将铟缺陷引入到h-MAB相Ti2InB2。作为LIBs负极的铟缺陷h-MAB相Ti2InB2（VIn-Ti2InB2）获得高容量600
mAh g-1，超过了文献MAX/MAB相负极报道的最高容量。结合理论计算和实验测试，发现是因为铟缺陷促进了锂离子（Li+）与铟原子之间的合金反应；降低了锂离子的扩散势垒，促进了界面离子传输。此外，由于h-MAB相的结构优势，VIn-Ti2InB2电极表现出了优异的长期循环稳定性。基于这些发现，这项研究为提高合金材料的性能和稳定性开辟了新途径，并鼓励进一步研究其他h-MAB相家族成员在各种电化学系统中的潜在应用。
作者介绍
王俊杰，工学博士，现任西北工业大学教授，博士生导师，凝固技术国家重点实验室副主任，西安市能源催化材料智能设计重点实验室主任，Materials and Solidification期刊执行主编，STAM Methods期刊副主编。其近年来入选国家级青年人才计划、日本学术振兴会“JSPS学者”和西北工业大学“翱翔海外青年学者”，并兼任东京工业大学客座教授（2018年-现在）、陕西省纳米科技学会常务理事（2021年-现在）、西安市铸造学会理事（2018年-现在）和美国化学学会（ACS）会员（2018年-现在）。其主要从事材料基因工程理论发展和应用领域研究，特别在发展新型催化、光电材料方面取得一系列创新研究成果。曾主持日本学术振兴会海外研究员项目，并作为骨干成员参与法国国家科研署（ANR）和日本科学技术振兴机构（JST）的重点研究项目。现主持国家级青年人才项目1项、科技部重点研发计划2项、国家自然科学基金面上项目2项、国家自然基金国际交流合作项目1项和中法“蔡元培”交流合作项目1项。已在Nature Catalysis, Nature Communications, Journal of
the American Chemical Society, Advanced Materials, Advanced Energy Materials,
Chemistry of Materials等国际知名期刊发表SCI论文80余篇，研究成果被德国、英国和日本学术界及媒体广泛报道。
