本文的主要作者包括Yu Yuan、Ziwei Chen、Haoxiang Yu、Xikun Zhang、Tingting Liu、Maoting Xia、Runtian Zheng、Miao Shui和Jie Shu，他们均来自中国宁波大学材料科学与化学工程学院。该论文发表于2020年7月24日，刊登在《Energy Storage Materials》期刊上，卷号为32，页码为65-90。
本文的主题是杂原子掺杂碳基材料在锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）中的应用。论文综述了近年来在碳基材料中掺杂杂原子（如N、S、B、P、I、Br、Cl、F等）的研究进展，重点讨论了这些掺杂材料在LIBs和SIBs中的电化学性能提升机制。
碳基材料（如石墨、石墨烯、硬碳等）因其低成本、资源丰富和优异的循环稳定性，长期以来被广泛用作LIBs和SIBs的负极材料。然而，碳基材料的低电容和缓慢的动力学特性限制了其进一步应用。为了解决这些问题，研究者提出了多种改性策略，包括纳米结构设计、孔隙结构调控以及杂原子掺杂。其中，杂原子掺杂被证明是一种有效的改性方法，能够显著提升碳基材料的电化学性能。
杂原子掺杂通过在碳基材料的晶格中引入其他元素（如N、S、B、P等），能够改变材料的电子分布、扩展层间距、增加活性位点并提高电子导电性。这些改性使得杂原子掺杂的碳基材料在循环稳定性、倍率性能和容量方面均优于纯碳基材料。例如，氮（N）掺杂能够通过引入吡啶氮和吡咯氮等活性位点，显著提升材料的锂/钠离子存储能力。
论文详细介绍了多种合成杂原子掺杂碳基材料的方法，包括水热法、热处理、化学气相沉积（CVD）、热解法和球磨法等。每种方法都有其独特的优势和适用范围。例如，水热法适用于低温合成，而CVD法则能够实现大面积均匀掺杂。
为了验证杂原子是否成功掺杂到碳基材料中，研究者通常采用多种表征技术，如X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）和扫描隧道显微镜（STM）等。这些技术能够提供关于掺杂元素的化学状态、含量以及材料结构的信息。
论文详细讨论了单杂原子（如N、S、P、B等）掺杂对碳基材料电化学性能的影响。例如，N掺杂能够显著提高材料的电子导电性和锂/钠离子存储能力，而S掺杂则通过扩大层间距和增加缺陷位点来提升材料的倍率性能。
与单杂原子掺杂相比，双杂原子掺杂（如N/S、N/P、N/B等）能够产生协同效应，进一步提升材料的电化学性能。例如，N和S共掺杂的碳基材料在LIBs和SIBs中表现出更高的容量和更优异的循环稳定性。
多杂原子掺杂（如N/S/P、N/O/S等）能够进一步优化碳基材料的电化学性能。通过引入多种杂原子，材料的电子结构、层间距和活性位点可以得到更全面的调控，从而在LIBs和SIBs中表现出更高的容量和更长的循环寿命。
本文系统总结了杂原子掺杂碳基材料在LIBs和SIBs中的研究进展，详细讨论了不同杂原子掺杂的机制、合成方法、表征技术及其电化学性能。论文不仅为研究者提供了全面的文献综述，还为未来碳基材料的改性研究提供了重要的理论指导。此外，本文还指出了当前研究中存在的挑战和未来的研究方向，如如何进一步优化杂原子掺杂策略以实现更高的电化学性能。
本文通过综述杂原子掺杂碳基材料在LIBs和SIBs中的应用，展示了杂原子掺杂在提升碳基材料电化学性能方面的巨大潜力。论文不仅总结了现有的研究成果，还为未来的研究提供了新的思路和方向。通过进一步优化杂原子掺杂策略，碳基材料有望在下一代储能器件中发挥更重要的作用。