铌基电极材料由于其独特的性质，如嵌入型机制，丰富的氧化还原化学，以及在实用水平上可实现的可扩展性，被认为是可充电金属离子电池的理想候选者。此外，其较高的工作电压(超过1.0 V vs Li+/Li)与石墨相比，能抑制电解液的分解和枝晶的形成，从而保证了电池的安全性。然而，锂离子电池铌基负极在应用于其他电池技术时，由于扩散性能及界面相容性的变化，需要对其精细结构进行调整。具有优良电子和离子导电性的工程铌基负极是一种极具吸引力的策略，可以通过原子水平上的晶格重排来实现。
有鉴于此，伍仑贡大学郭再萍教授，周腾飞研究员报道了层状铌酸钾(K4Nb6O17)纳米片（KNO）中原子结构的裁剪，并通过脱水引发的晶格重排促进了其在锂/钾存储中的应用。
文章要点
1）可以通过水分子的插层，然后在适度的温度下进行脱水过程，轻松地实现工程化的KNO。结晶水柱可扩大层间距，然后在温和的条件下热处理后，可以建立具有缺陷和面内/层间扩散路径的分级离子通道。
2）SEM和TEM图像显示KNO/rGO具有尺寸高达几微米的丰富纳米薄片形貌，组成纳米片的横向尺寸在100-200µm的范围内。HRTEM图像表明，热处理后KNO/rGO的层状结构及其多孔分布被很好地保存下来。此外， HAADF-STEM图像和EDX分析都表明KNO在整个基体中均匀分布。
3）光谱结果表明，随着无序度的增加，工程化K4Nb6O17中Nb-O配位的原子间距略有延长。具体地说，经过改造的K4Nb6O17表现出增强的电导率和离子导电性，这可以归因于扩大的片层间距和精细原子排列中的细微扭曲。此外，随后的实验结果和计算表明，Li+/K+扩散的能垒明显低于原始的K4Nb6O17。
4）研究人员发现，K+的扩散系数比Li+的扩散系数高一个数量级，并且工程化的K4Nb6O17对K+和Li+表现出优异的电化学性能。
Shilin Zhang, et al, Dehydration-T riggered Ionic Channel Engineering in Potassium Niobate for Li/K-Ion Storage, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202000380
https://doi.org/10.1002/adma.202000380
