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鉀離子電池（KIBs）有望以較低的成本獲得較好的輸出電壓和能量密度。然而，電化學循環過程中電極的嚴重體積變化導致結構崩塌和反應動力學遲緩仍然是值得注意的問題，因此提高K⁺反應動力學和結構穩定性以進一步增強電極材料的儲鉀性能具有重要意義。

在此，山東大學熊勝林教授、奚寶娟副教授等人通過自模板催化精確合成了一種新型負極材料，其中包覆有N摻雜碳的小尺寸CoP納米顆粒（NP，≈20 nm）被固定在一維N摻雜碳骨架中（CoP@NC?NCFs）。

這種結構在CoP NPs和碳之間提供了密切和穩定的電接觸，保證了K⁺/電子的快速遷移且能夠在鉀化/脫鉀過程中抑制CoP NPs的聚集和CoP@NC?NCFs的粉化從而提高結構穩定性。

C₃N₄的引入使碳晶格中的N含量增加至高達9.01%，引入了更多的活性位點從而大大提高了碳的電子電導率。CoP NPs的碳層封裝可以很好地限制體積變化，因此混合體的內在結構穩定性非常出色。

圖1. CoP@NC?NCFs合成示意圖

經恒電流間歇滴定（GITT）和DFT計算驗證，CoP@NC?NCFs實現了快速的鉀離子反應動力學和對鉀離子的強吸附。作者通過結合先進的原位XRD和非原位TEM表征技術，闡明了CoP與鉀離子的固溶反應機理。

CoP的零應變結構進一步確保了結構的堅固，CoP@NC?NCFs電極在0.1 A g^-1時1200次循環后仍可達到205.7 mAh g^-1的高可逆容量，衰減率僅為0.01%。

此外，所制備的相應K離子全電池在100 mA g^-1下的容量為117 mAh g^-1，200次循環后容量保持率為99%。更重要的的是，這種基于自催化/模板策略合成的獨特而新穎的結構還可以擴展到更高效的儲能材料工程。

圖2. CoP@NC?NCFs的儲鉀性能

Zero-Strain Structure for Efficient Potassium Storage Nitrogen-Enriched Carbon Dual-Confinement CoP Composite, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103341

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山大熊勝林/奚寶娟AEM：用于高效儲鉀的零應變CoP復合材料

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