福州大学郑寿添教授、蔡平伟教授、德国美茵茨大学Prof. Dr. Carsten Streb等报道的本篇文章（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202506533）中，首次设计了一种锑（Sb）桥连的二维全无机多氧铌酸盐（PONb）框架 FZU-3。该材料通过甲酸触发的单晶到单晶转变（SCSC），形成新框架 FZU-3H，使锂离子电池负极比容量提升34%（达519 mAh g⁻¹@0.1 A g⁻¹），并显著改善倍率性能（157 mAh g⁻¹@5 A g⁻¹）和循环稳定性（1600圈容量保持率84%）。
研究背景
1.行业问题：
铌氧化物（如Nb₂O₅）因快速储能特性成为高倍率负极材料，但其比容量仅~200 mAh g⁻¹，难以满足电动汽车需求。
多氧铌酸盐（PONbs）结构调控难、合成条件苛刻（强碱性pH），且缺乏无机扩展框架的LIB性能研究。
2.研究现状：
现有策略（掺杂、表面功能化、缺陷工程）未能突破容量瓶颈。
PONbs的结构稳定性与电子/离子容纳能力被看好，但SCSC转变从未用于电池性能调控。
3.本文创新：
首创锑桥连二维PONb框架：以双钒氧帽Keggin型[GeNb₁₂O₄₀(VᵛO)₂]为单元，Sb³⁺为连接体。
甲酸触发SCSC转变：5分钟内实现钒单元迁移（1.5个VᵛO解离至层间）和价态还原（V⁵⁺→V⁴⁺），暴露更多Li⁺结合位点。
实验与分析
1. 合成与表征
1) 水热法（160°C, 72h）制得 FZU-3，甲酸处理5分钟得 FZU-3H。
2) 结构稳定性：热稳定达500°C（原位PXRD，图S3）。
3) SCXRD证实 FZU-3H 中钒迁移（V=O键从1.56 Å→1.64 Å）和V⁵⁺→V⁴⁺还原（EPR信号g=1.912，XPS V⁴⁺ 2p₃/₂ 516.4 eV）。
2. 电池性能测试
1) 比容量：
材料 比容量（mAh g⁻¹@0.1 A g⁻¹） 倍率（5 A g⁻¹） 循环稳定性（1 A g⁻¹）
FZU-3 387 70 mAh g⁻¹ 1000圈衰减39%
FZU-3H 519（↑34%） 157 mAh g⁻¹ 1600圈保持84%
2) 动力学优势：
电容贡献占比69%（vs. FZU-3的49%@1.0 mV s⁻¹）。
Li⁺扩散系数提升10倍（3.01×10⁻¹¹ vs. 5.51×10⁻¹² cm² s⁻¹）。
3. 机理分析
结构优化：钒迁移暴露四元环窗口位点（静电势计算），比表面积增加（图S32），容纳Li⁺数从33→42个。
扩散能垒降低：DFT计算显示层间Li⁺扩散能垒从0.79 eV→0.55 eV（图4b, 5d）。
赝电容主导：低电压区（0.01–1 V）b值≈1，表明表面控制电容行为贡献主要容量。
1.首创锑桥连二维PONb框架，通过SCSC转变实现容量突破（519 mAh g⁻¹）和高速率性能。
2.首例SCSC提升电池性能：原子级调控Li⁺存储位点与扩散通道。
全无机框架设计：解决有机组分高温不稳定的瓶颈。
3.为高容量铌基负极提供新策略，推动多酸材料在储能中的应用。
被引潜力：材料设计思路可扩展至其他多金属氧酸盐体系。
Single-Crystal-to-Single-Crystal Transformation in a Thermally Stable All-Inorganic Polyoxoniobate Framework Boosts Lithium Ion Battery Anode Performance
文章作者：Cai Sun, Jian-Ping Chen, Yan-Lan Wu, Yi-Ying Li, Xin-Xiong Li, Ping-Wei Cai*, Carsten Streb*, Shou-Tian Zheng*
DOI：10.1002/anie.202506533
链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202506533
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