隨著科技的快速發展，人們在便攜式電子設備和電動交通領域的能源需求日益上升。高性能鋰離子電池仍被視為解決這一問題最有前景的能源儲存技術。而現有的商業化石墨負極已接近其能量密度極限，開發出高倍率容量和超長循環壽命的新型電極材料成為當前的迫切需求，也是促進鋰離子電池應用于大規模儲能系統中的關鍵一步。眾所周知的是，材料的本征性質受到其維度，組成和原子排列等因素的重要影響。如何通過巧妙地設計策略系統優化以上要素來獲得能夠滿足預期性能要求的電極材料極具挑戰性。

二維超薄材料因其快速的遷移率，很高的表面積，較大的層間距和可調控的電子性等特性，在新型能源儲存材料方面具有很好的應用潛力。目前制備二維超薄材料的重要途徑是化學氣相沉積或機械剝離法，但其較低的產量和復雜的過程嚴重制約了實際應用。而關于層間由非范德華力結合的多元復合材料，這些技術更是難以為繼。研究表明多元復合材料因其各組分間的協同效應，通常表現出優于其二元單體材料的電化學活性。此外，原子界面用途關于材料的固有物理化學屬性也有著較大影響，尤其是在原子層面的離子鍵合的異質界面，由于存在著很強的電子相互用途及能帶結構變化，往往展現出優異的離子/電荷傳輸性能，從而提高其電化學性能。

基于以上考慮，澳大利亞伍倫貢大學（UniversityofWollongong）博士生鄭洋，周騰飛博士和郭再萍教授及其他合作者采用多級系統優化策略（維度，組成，原子界面用途等），巧妙合成出新型二維超薄復合材料。該材料顯示出了高倍率容量和長循環壽命等優異的鋰離子儲存性質。研究人員結合多種技術手段深入探究了其良好電化學性能的內在原因。基于第一性原理的DFT計算結果表明，相比于體相材料，其優越的二維結構屬性為鋰離子的快速遷移供應了三維網絡式的擴散通道，確保了材料的高比容量性能。此外，在二維超薄材料晶體結構中的異質界面間存在著層間電場用途，同時由二維材料表面的氧空位缺陷誘導出現了平面內局部微電場，這些電場用途顯著促進了鋰離子/電子的擴散速率，從而提高了材料的高倍率性能。原位同步輻射X射線粉末衍射技術則進一步揭示了其良好循環穩定性能的固有結構特性，其扭曲的共邊八面體MoO6結構網絡與三角雙平面的BiO3結構之間存在著強烈的離子鍵合用途，為鋰離子反復嵌入/脫嵌過程供應了優良的結構穩定性。這項研究工作不僅制備出了新型高性能二維超薄鋰離子電極材料，并為開發出其他應用于能源儲存與轉換領域的復合型二維材料體系供應了新的思路。