钱逸泰院士团队Angew. Chem.：整合单原子镍、小分子硫的碳基纳米管实现高倍率钾离子储存

研究背景

相比于锂/钠离子电池，由于钾元素较高的自然丰度和较低的氧化还原电位（-2.93 V vs SHE），钾离子电池越来越受到人们的关注，成为研究热点。然而，由于钾离子半径较大，导致电极材料反应动力学缓慢、体积变化大、容量低、速率性能差、容量快速衰减等。因此，精细的结构和成分设计对于进一步提高钾离子电池电极材料电化学性能具有重要的意义。

成果简介

针对这一问题，中国科学技术大学钱逸泰院士课题组从材料设计视角，报道了一种整合单原子镍、小分子硫的碳基纳米管用于稳定钾离子电池负极。相关论文近期发表于Angew. Chem. Int. Ed.（《德国应用化学》）。该文章第一作者为中科大博士生易政，通讯作者为中科大应化系林宁、钱逸泰院士。特别感谢合肥同步辐射国家实验室韦世强教授，中科院过程所陈仕谋教授在材料表征方面提供的帮助及指导。该研究得到国家自然科学基金委、安徽省自然科学基金委科学基金资助。

图文导读

在这项研究中，作者采用以酰胺化策略为主的组装方法制备了一种含有单原子镍和小分子硫的碳基纳米管。在制备过程中，单原子设计和纳米管构筑得以同时实现。理论计算表明，单原子Ni可以提高碳基纳米管中化学吸附的小分子硫的反应动力学，降低其硫化物分解能垒。原位TEM表征表明，机械稳定的纳米管框架能够很好地维持嵌钾/脱钾过程中的体积变化。因此，作为钾离子电池负极材料时，该碳基纳米管在1.0 A g^-1电流密度下循环500次后，仍保持330.6 mAh g^-1的稳定循环容量。具体实验过程和相关数据如图所示。

图1 碳基纳米管制备、结构及形貌表征

图2 碳基纳米管结构表征

图3 碳基纳米管储钾性能

文献链接：

Amidation‐Dominated Re‐Assembly Strategy for Single‐Atom Design/Nano‐Engineering: Constructing Ni/S/C Nanotubes with Fast and Stable K‐Storage

Zheng Yi, Song Jiang, Jie Tian, Yong Qian, Shimou Chen, Shiqiang Wei, Ning Lin *, Yitai Qian* 

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201916370

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