过渡金属硫化物(TMSs)具有容量大、资源丰富、氧化还原可逆性好等优点，已成为钾离子电池(KIBs)极具吸引力的负极材料。然而，由于K+扩散动力学较慢，循环过程中体积变化较大，导致电极材料的电化学性能不理想，给电极材料的结构设计带来了更大的挑战。为了解决这些问题，已经在提高结构稳定性方面做了大量的研究工作。形态工程(即多孔结构)和构建混杂复合材料(即TMSs/C)成为提高电化学性能的最有效策略。另一种有效的策略是通过优化电解质来构建稳定的固体电解质界面(SEI)。因此，将形态工程和电解质化学相结合可以显著提高TMSs用于KIBs负极的电化学性能。硫化亚铜(Cu2S)是一种P型窄禁带半导体材料，在催化剂、电子元件和光敏材料等方面有着广泛的应用。与其他TMSs相比，Cu2S是无毒的、低成本的，并且具有更高的电导率(约104 S cm-1)以及较好的热稳定性。近年来，已开发出一系列Cu2S作为LIBs和NIBs的电极，其性能令人印象深刻。关于硫化铜作为KIBS负极的报道却很少。通过电极结构操纵和电解液优化的协同作用，合理设计高性能的Cu2S负极至关重要。
有鉴于此，中科大王青松，余彦教授报道了掺氮碳包裹的Cu2S空心纳米立方体(Cu2S@NC)作为负极可以显著提高KIBS的性能。
文章要点
1）研究人员首先采用水热法制备了Cu2O纳米立方体。然后采用阴离子交换法制备了空心的CuxS纳米立方体。最后经过聚多巴胺(PDA)包覆和随后在Ar气氛中碳化，得到了Cu2S@NC。
2）研究人员发现该结构具有许多优点：(1)单分散纳米立方体结构具有较大的比表面积，有利于电解质的浸泡。(2)除了提高结构的导电性外，表面包覆氮的碳层还缓解了循环过程中电解质的连续分解，形成了更厚的SEI和纳米颗粒的团聚。(3)内腔缓解了循环过程中的体积膨胀。此外，用高浓度醚基电解液代替常规电解液可以获得更稳定、更均匀的SEI，从而提高电化学稳定性。
3）Cu2S@NC负极在100 mA g-1下，经过530次循环后的可逆容量约为372 mAh g-1，1200次循环后的长循环性能优异(1 A g-1下为317 mAh g-1)。
该研究表明，通过电极设计和电解液优化的协同作用，可以获得高性能的KIBs负极。
Qingkui Peng, et al, Boosting Potassium Storage Performance of Cu2S Anode via Morphology Engineering and Electrolyte Chemistry, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c01681
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01681
