钠离子电池因资源丰富、成本低廉及低温性能优异，在大规模储能领域极具潜力，但其商业化进程受限于高性能负极材料的开发。硬碳材料虽具备高容量和低工作电位等优势，但其储钠性能与微观结构（层间距、曲率、缺陷）的关联机制尚不明确，学术界对关键结构参数的临界值（如层间距阈值）、缺陷作用、曲率大小等仍存在争议。如何通过多参数协同调控实现高容量、高首效的硬碳材料，是当前研究的核心挑战。

近日，我校化材学院侴术雷、吴星樵、谭歆团队联合中国科学技术大学余彦教授等人，通过理论计算与实验结合，首次提出硬碳储钠的“层间距-曲率-缺陷”协同作用机制和耦合关键结构描述符设计高质量插层钠电负极材料的新理念：通过理论计算进行前瞻性设计，结合热力学驱动原位分子优化策略实现硬碳结构的定向制备，验证了酯类储钠性能趋势与理论预测的一致性，并成功实现了规模化放大。

该工作通过密度泛函理论（DFT）耦合层间距、曲率和含氧缺陷三要素，建立“双关卡”模型。证明了层间距≥0.38 nm时，钠离子扩散能垒显著降低；曲率过大会阻碍传输。同时，含氧缺陷的弯曲石墨层可将钠吸附能优化至-2.0~-1.2 eV，提升可逆容量。

此项工作以Unraveling Structure-performance Relationship in Hard Carbon for Sodium-ion Battery by Coupling Key Structural Parameters为题发表在国际著名期刊Energy & Environmental Science上，广发网作为第一单位，侴术雷教授，谭歆教授，余彦教授，吴星樵老师为通讯作者。该研究工作由博士后吴春、2024届硕士毕业生杨云锐、2023级硕士研究生黎一凡、上海大学/广发网联培博士何祥喜完成。研究工作得到了国家自然科学基金，中国高端外国专家招聘计划，国家重点浙江省自然科学基金中国研发计划项目，安徽省科技计划项目，重点浙江省研发计划项目，温州自然科学基金等资助。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee00278h