锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和环境友好等特性，被广泛用于便携式电子产品和电动汽车的能量转换系统。目前商业使用广泛的石墨材料具有低成本、库伦效率高等优势，然而其理论容量～372 mAh g^-1，不能满足当前生产设备不断增长的需求。因此开发新型锂离子电池阳极材料是一个重要研究课题。铁基催化材料由于其丰富的地球含量和较高的理论容量成为锂电池电极材料的理想候选者。相较于三氧化二铁等氧化物自身对空气和水的敏感性、合成操作工艺的复杂性以及体积膨胀造成能量损失的局限性，设计合成具有独特孔道结构的铁氧簇合物不失为一种最佳选择。已有研究证明多金属氧酸盐 (POMs) 能够在保持结构完整性的同时充当“电子库”，提供丰富的金属活性位点，是能源储存与转化的理想催化材料。铁氧簇合物更是因其原料丰富、环境友好、无毒等优势成为研究者们的关注重点。

近日，东北师范大学臧宏瑛教授课题组通过调控溶剂比例和硫酸用量实现Fe³⁺和SO₄^2-的自组装，合成了三个生态友好型的四核铁氧簇合物，并对其作为锂离子电池阳极材料的电化学行为和界面储能机制进行了研究。结果表明具有独特亚纳米孔道结构的簇合物3可以为锂离子运输提供新的路径，缓解由于体积膨胀造成的能量损失，从而展现出超出理论容量的实际比容量、较高的库伦效率和稳定的结构，这为铁氧簇合物分子在金属离子电池中的应用奠定了基础。

通过溶剂热反应，调控溶剂、Fe³⁺和SO₄^2-的比例，合成三种不同配位模式的铁氧簇合物。当Fe³⁺和SO₄^2-的质量比达到1:8，获得具有一维孔道结构的无机铁氧簇合物3。

三种铁氧簇合物结构存在共通性。通过选取相通部分的铁氧簇单元作为DFT计算模型进行三种簇合物的分子静电势（MEP）和电子性质分析。轨道能量的对比进一步揭示簇合物3作为锂离子电池电极材料的潜在优势，为铁氧簇在锂离子存储中的应用提供了理论基础。

通过铁氧簇合物作为锂离子电池阳极材料的电化学CV曲线、充放电曲线、循环稳定性测试、阻抗分析等，进一步证明不同配位模式的簇合物结构拥有不同的氧化还原活性和锂储存性能，为该系列铁氧簇在锂离子存储中的进一步应用提供了重要的实验基础。

结合电化学双电层电容测试、锂离子扩散系数测试，辅以原位XRD、XPS和非原位的XANES、EXAFS测试证明，在锂离子插入/嵌出过程，存在电容和扩散相结合的储锂机制，并展示了由硫酸根构筑的具有独特亚纳米孔道结构的簇合物3的可逆氧化还原活性和结构稳定性。

这一成果“Designed Tetranuclear Iron-oxo Clusters with Redox Activity for High-Performance Lithium Storage”近期发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上（DOI: 10.1002/anie.202306193）。

（摘自X-MOL）