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王波/張迪AFM：金屬納米顆粒與含氧官能團(tuán)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)碳負(fù)極快速穩(wěn)定儲(chǔ)鉀

碳材料表面接枝的含氧官能團(tuán)（OFGs）可作為活性位點(diǎn)可逆地儲(chǔ)存鉀，同時(shí)有助于形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面層，從而提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性。然而，過量的OFGs會(huì)破壞導(dǎo)電性，從而導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移電阻增加，進(jìn)而造成倍率低下。

圖1 材料制備及表征

河北科技大學(xué)王波、張迪等從理論上證明了嵌入的金屬Co粒子可以與OFGs中的C-O-C分子協(xié)同作用，加速鉀離子吸附（△E = -1.62 eV），并調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，從而保證高容量和高倍率。

有鑒于此，植入Co的O-摻雜碳得到了很好的應(yīng)用，此外，作者發(fā)現(xiàn)熱解溫度可以有效調(diào)節(jié)Co含量和C-O-C比例。各種表征表明，引入的Co不僅顯著提高了C-O-C對(duì)鉀離子的吸附能力，而且催化了石墨碳的生成。

圖2 Co@C-850樣品的電化學(xué)性能

得益于這些優(yōu)勢(shì)（如吸附能力和導(dǎo)電性能的增強(qiáng)），最佳Co含量和C-O-C比例的樣品具有254.7 mAh g^-1的高容量和優(yōu)異的倍率能力（在2 A g^-1條件下為202.9 mAh g^-1），同時(shí)具有超過2000次循環(huán)的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性，顯著優(yōu)于之前報(bào)道的大多數(shù)碳負(fù)極。

這項(xiàng)工作為應(yīng)用金屬納米粒子和表面官能團(tuán)物種的協(xié)同效應(yīng)開發(fā)高性能鉀離子電池提供了新的視角。

圖3 全電池性能

Cobalt Nanoparticles Synergize with Oxygen-Containing Functional Groups to Realize Fast and Stable Potassium Storage for Carbon Anode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304753

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