合理的结构工程是提高钾离子储存负极材料综合性能的一种有效策略。

近日，中国石油大学（华东）邢伟教授，中国海洋大学柳伟教授报道了通过原位化学沉积和阴离子交换反应两个关键步骤，成功地构建了一种锚定在三维碳骨架上的空心FeS₂纳米颗粒杂化材料（H-FeS₂@3DCS）。

文章要点

1）研究人员以水溶性Na₂CO₃晶体为硬模板制备3DCS，用含Fe³⁺的水溶液去除Na₂CO₃模板。有趣的是，Fe³⁺和CO₃^2-在水溶液中的强烈碰撞产生了纳米级的Fe(OH)₃胶体粒子，这些胶体粒子牢固地锚定在碳骨架的孔隙中，形成了一种类似莲子的纳米结构。同时，由于S-离子和Fe-离子在随后的硫化过程中的扩散速率不同，在FeS₂纳米颗粒内部产生了一个中空空隙。

2）得益于中空结构和独特的杂化优点，H-FeS₂@3DCS具有全面的K-离子存储性能。作为钾离子电池（PIBs）的负极，H-FeS₂@3DCS电极具有高的可逆容量（50 mA g⁻¹时为516.3 mAh g⁻¹）、优异的倍率性能（10 A g⁻¹时为226.4 mAh g⁻¹）和长循环寿命（5 A g⁻¹时，5000次循环下，容量达225.5 mAh g⁻¹）。作为PIHC器件的阳极，制备的H-FeS₂@3DCS//NSPC器件在4550 W kg⁻¹的功率密度下，10000次循环的能量密度为91 Wh kg⁻¹，具有良好的能量/功率特性，因此在实际应用中具有极大的潜力。

总体而言，这一策略有望启发人们制造用于储钾的复杂3D多孔复合材料的更多可能性。

参考文献

Water-Soluble Salt Template-Assisted Anchor of Hollow FeS₂ Nanoparticle Inside 3D Carbon Skeleton to Achieve Fast Potassium-Ion Storage, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101343

https://doi.org/10.1002/aenm.202101343