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近期，

西安交通大学科研领域再添新成果！

研制出一种兼具大功能响应与

优异循环稳定性的TiNiCu超弹合金，

在金属材料强度研究方面取得新进展。

首次将锑紫精发展为

一类新型主族分子催化剂，

为设计高效质子耦合电子转移催化体系

提供新的分子设计思路与理论依据。

优化聚焦于锂金属电池的

负极界面调控与离子传输优化，

提出基于电负性调控的界面工程策略，

在锂金属电池领域取得重要进展。

多领域持续突破，

为科技自立自强再添动力！

内容导览

• 西安交大金属材料强度全国重点实验室在高性能超弹合金设计方面取得新进展

• 西安交大何刚教授科研团队在含锑紫精团簇领域取得重要进展

• 西安交大郗凯教授团队在锂金属电池领域取得重要进展

西安交大金属材料强度全国重点实验室在

高性能超弹合金设计方面取得新进展

研究背景

TiNi基合金因其优异的形状记忆效应和超弹性等特性，在航空航天、机器人、医疗器械和固态制冷等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统TiNi基合金普遍面临“大功能响应”与“高循环稳定性”难以兼顾的挑战，即在呈现较大可回复应变或显著弹热效应时，材料易发生性能衰减，严重制约其长期可靠应用。因此，如何在大功能响应与高循环稳定性之间实现协同优化，已成为形状记忆合金领域亟待突破的一个瓶颈问题。

研究内容

针对上述问题，西安交大金属材料强度全国重点实验室孙军院士团队通过精细成分设计与纳米结构调控相结合的策略，研制出一种兼具大功能响应与优异循环稳定性的TiNiCu超弹合金。

研究发现，通过精确调控Ni/Ti比例，可在较低Cu含量下诱导合金发生具有优异相变晶格相容性的B2-B19相变，从而使相变滞后大幅降低且保持良好的可加工性。

所设计的TiNiCu合金铸锭在经历5000次热循环后，相变温度和相变潜热几乎保持不变；多尺度原位表征进一步揭示了该合金在相变循环过程中具有独特的微观畴记忆效应。

合金铸锭进一步经冷加工与低温退火处理后，获得纳米晶板材和公斤级纳米晶丝材，在室温下可呈现超过20 K的绝热温变，丝材在6000次拉伸循环中能稳定保持约6%的超弹应变；合金微柱可经受超过100万次压缩循环，且保持4.3%的可回复应变。

综上，所研发的TiNiCu合金在功能响应和循环稳定性方面均达到当前TiNi基合金体系的领先水平，为突破上述瓶颈问题提供了新的合金设计思路与实现路径。

研究成果

研究成果以《一种具有大功能响应和优异循环稳定性的超弹性合金设计》（Design of a Superelastic Alloy Uniting Large Functional Response and Exceptional Cyclic Stability）为题发表在国际著名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

论文作者及支持情况

西安交大金属材料强度全国重点实验室为论文唯一通讯单位。该论文是在西安交大材料学院孙军院士、丁向东教授、薛德祯教授、周玉美教授的共同指导下完成的，西安交大材料学院博士生党鹏飞为论文第一作者，论文合作者包括材料学院博士生陈宇泰、顾威。

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及西安交大青年拔尖人才计划等项目的资助。相关测试表征工作得到了西安交大分析测试中心的大力支持。

论文链接

https://doi.org/10.1002/adfm.202520629

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西安交大何刚教授科研团队

在含锑紫精团簇领域取得重要进展

研究背景

紫精衍生物因其独特的氧化还原活性和优异的光电响应特性，在能源催化领域展现出重要的研究价值。作为典型的有机电子受体，紫精衍生物在光催化、电致变色及储能材料等多个方向均表现出显著优势。然而，其在电催化析氢反应（HER）中的应用仍面临较大挑战。

目前研究多集中于紫精单体的结构修饰策略，而基于紫精团簇构建的直接电催化体系尚未取得实质性进展。另一方面，含锑团簇材料虽具备独特的电子结构和丰富的配位模式，在催化领域显示出良好的应用前景，但仍受限于结晶性欠佳、功能调控手段有限等问题。

因此，如何通过合理的分子组装策略，将紫精优异的电子传输性能与锑团簇的本征催化活性有效结合，构建兼具高活性与良好稳定性的新型催化材料，已成为当前该领域亟待解决的关键问题。

研究内容

含锑紫精修饰的Sb4O6簇的设计策略示意图

针对上述问题，西安交大前沿院何刚教授课题组以三价含锑紫精为基础，通过定向氧化偶联策略，成功设计并合成了两种新型的锑紫精功能化Sb4O6簇（SbVO-Me与SbVO-Ph）。研究表明，该含锑紫精团簇材料不仅展现出优异的氧化还原活性和多电子转移能力，还表现出显著的电致变色行为。

含锑紫精修饰的Sb4O6簇的簇和单晶结构

通过密度泛函理论（DFT）计算和静电势能图分析，团队揭示了其独特的电子-质子协同合作机制：紫精单元作为“电子海绵”，介导电荷的积累与传递，而Sb4O6核心则作为“质子引擎”，加速质子传输。

在均相酸性HER催化中，该体系实现了较低的过电位和较高的法拉第效率；在非均相条件下，其催化性能进一步提升，过电位显著降低。机理研究表明，紫精单元与Sb4O6核心协同合作作用，共同驱动了高效的HER催化过程。

该工作首次将锑紫精发展为一类新型主族分子催化剂，不仅拓展了紫精基材料在电催化产氢中的应用界限，也为设计高效质子耦合电子转移催化体系提供了新的分子设计思路与理论依据。

研究成果

研究成果以《含锑紫精修饰的Sb4O6簇：通过耦合电子海绵与质子引擎实现电催化质子还原》（Stiboviologens-Decorated Sb4O6 Clusters for Electrocatalytic Proton Reduction via Coupled Electron Sponge and Proton Engine）为题，发表在国际化学领域权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

论文作者及支持情况

西安交大前沿院博士研究生徐亮为论文第一作者，何刚教授为论文通讯作者。西安交大新概念传感器及分子材料研究院房喻院士、刘峰教授，陕西师范大学薄鑫教授等合作者深度参与了本工作。

该工作得到了国家自然科学基金，中国博士后科学基金以及西安交大分析测试共享中心的支持和帮助。

论文链接

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c13539

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西安交大郗凯团队

在锂金属电池领域取得重要进展

研究背景

锂金属负极因其超高理论比容量和最低电化学电位，被视为下一代高能量密度储能体系的核心组件。然而，其“无宿主”特性导致在锂沉积过程中易形成枝晶或苔藓状结构，诱发剧烈体积膨胀、界面失稳及电解液持续分解等问题，制约其实际应用。

尽管现有策略（如人工SEI构建、合金化宿主设计及三维集流体调控）在一定程度上可缓解枝晶生长，但多数方法依赖经验性设计，缺乏从原子尺度协同优化界面电场、离子分布与反应动力学的普适性理论框架。

值得注意的是，电负性这一表征原子吸引电子能力的基本物理量，长期以来尚未被系统用于锂金属电池的界面工程定向设计。理论上，提高表面端基的电负性可增强对Li+的吸附并排斥阴离子，从而加速Li+脱溶剂化过程，均匀化界面离子通量并引导稳定成核。

研究内容

针对上述问题，西安交大化学学院郗凯教授团队聚焦于锂金属电池的负极界面调控与离子传输优化，提出了基于电负性调控的界面工程策略。

通过精准设计二维MXene表面端基，构建出高电负性、亲锂性的限域界面，有效抑制了空间电荷积累，实现Li+通量的高度均匀化，并促进富Li2O SEI的原位形成。该策略使锂负极在1600次循环中仍保持99.41%的高库仑效率，并推动1 Ah磷酸铁锂软包电池实现238.06 Wh·kg-1的高能量密度，展现出优异的快充与循环稳定性。

研究成果

该研究成果以《高电负性基底赋能近电极锂离子快速传输：迈向可持续快充锂金属电池》（Accelerating Near-Electrode Li+ Transport via High-Electronegativity Substrates for Sustainable Fast-Charging Lithium Metal Batteries）为题，发表在国际著名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

论文作者及支持情况

西安交大化学学院为第一通讯单位，化学学院博士生刘春丽为第一作者，郗凯教授为通讯作者。

该工作得到了国家自然科学基金、秦创原高层次创新创业人才项目以及西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台的支持。研究团队还感谢西安交大分析测试中心在材料表征方面提供的技术支持。

同时，作者特别感谢张传芳教授、薛伟江教授、张淼教授、刘洋洋教授、徐谢宇等老师对本工作的悉心指导和帮助。

论文链接

https://doi.org/10.1002/adfm.202524392

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内容来源 / 西安交大材料学院 化学学院 前沿院

责任编辑 / 崔可嘉

值班编辑 / 杨深钰