多壁碳纳米管具有高电子导电性、化学惰性与结构稳定性等诸多优势。近年来被作为高性能导电剂广泛应用在动力锂离子电池负极材料当中。但目前碳纳米管作为电池负极材料应用还存在两个比较突出的问题：碳纳米管管壁卷绕导致石墨层结构封闭，锂离子无法横向嵌入碳壁石墨环当中，从而显著降低了碳纳米管的有效储锂活性位点；锂离子从开放一端管口嵌入，碳纳米管超长的一维扩散路径及较大的体相扩散阻力使得石墨管在充放电过程中发生严重的电化学浓差极化，阻碍了其真实电化学性能的发挥。

针对碳纳米管在实际应用中的突出瓶颈科学问题，陈明教师团队成功开发出了一种低成本金属催化顶端生长碳纳米管新技术，构建出一种新型竹节状掺氮碳纳米管Fe₃N@NCNT。创建的新结构碳纳米管具有开放的管腔与互通孔道体系，不但增强了石墨层间隙储锂活性位点而且有效改善了锂离子在石墨层间隙中的扩散。最终将其作为导电添加剂与活性组分应用到制备氮化铁基锂离子电池负极材料当中，获得了优异的电化学储锂活性。结果表明在0.1 C充放电电流密度下释放出667 mAh g^-1高的可逆质量比容量，并表现出出色的倍率性能，在5 C大电流密度下能达到448 mAh g^-1的储锂容量。在1 C倍率下循环600周后容量保持在546 mAh g^-1，具备较好的长周期循环稳定性。该研究结果表明开发的Fe₃N@NCNT复合负极材料在大功率锂离子动力电池中具有潜在的应用前景，从而打破了碳纳米管只能作为高性能导电剂而不能作为有效活性成分的应用局限性，有效解决了碳纳米管储锂活性偏低的应用性难题，获得了突破性研究进展。

相关研究成果以“Controllable Synthesis and Growth Mechanism of Cracked Cowpea-Like NCNT Encapsulated with Fe₃N Nanoparticles for High-Performance Anode Material in Lithium-Ion Batteries”为题发表在《Carbon》（DOI：0.1016/j.carbon.2024.119579）。我校陈明副教授为通讯兼第一作者，研究生刘凤鸣、赵明阳分别为第二、第三作者。该研究工作得到了河南省自然科学基金面上项目及英国正版365官网南湖学者青年项目的资助。

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