Angew. Chem. ：耐热性的镁基普鲁士白纳米片用于钾离子电池

钾离子电池由于钾资源丰富、K⁺/K的氧化还原电位低（–2.93 V vs. SHE）等优势，被认为是在大规模储能领域极具竞争力的电化学储能器件。然而，K⁺半径（1.38 Å）比Li⁺（0.76 Å）和Na⁺（1.02 Å）更大，许多传统材料变得难以嵌钾，或因脱/嵌钾过程中体积变化过大而变得不稳定。因此，寻找高性能的新型正极材料对于钾离子电池的大规模应用至关重要。

普鲁士蓝类似物（PBAs）具有开放的三维框架结构和离子传输通道，是一种理想的储钾正极材料。但PBAs普遍存在结晶水难以去除的难题，并且其本身的电子导电性也较低。而传统的过渡金属基PBAs由于热稳定性差，难以通过高温煅烧去除结晶水和进行碳包覆。

近日，南京师范大学的周小四教授课题组制备了一种具有耐热性的镁基普鲁士白（化学式：K_1.96Mg[Fe(CN)₆]_0.99·□_0.01·0.07H₂O），采用甘油调控(100)晶面取向生长，得到纳米片形貌。该材料经550 ℃热处理后仍保持结构不变，因而可以像磷酸盐材料一样与高分子混合煅烧实现碳包覆，同时去除结晶水。

图1. 镁基普鲁士白合成示意图与结构表征

图2. 碳包覆的镁基普鲁士白形貌表征

原位XRD技术证实了镁基普鲁士白在K⁺脱/嵌过程中遵循两相反应机制，且该反应高度可逆。同时，DFT计算结果表明镁基普鲁士白具有三维的K⁺扩散通道，其K⁺扩散能垒约为0.8 eV，与其他PBAs类似，但远高于同结构中的Na⁺扩散能垒（~0.3 eV）。因此，纳米片相较于立方体形貌可以显著缩短离子扩散距离，在PBAs钾离子电池中变得尤为重要。

图3.镁基普鲁士白储钾机制

将上述获得的碳包覆镁基普鲁士白纳米片用于钾离子电池正极，电化学测试表明：该材料在10 mA g⁻¹下的初始可逆容量为84.6 mAh g⁻¹，平均工作电位为3.87 V，在5 A g⁻¹下仍表现出48.7 mAh g⁻¹的优异倍率性能，15000次循环的容量保持率高达84.0%。该工作为解决PBAs在二次电池应用中的固有问题提供了一种新思路。

论文信息

Heat-Resistant Carbon-Coated Potassium Magnesium Hexacyanoferrate Nanoplates for High-Performance Potassium-Ion Batteries

Dr. Jiaying Liao, Dr. Zeyu Yuan, Dr. Qiao Hu, Xinru Sheng, Dr. Lili Song, Yifan Xu, Dr. Yichen Du, Prof. Xiaosi Zhou

文章的第一作者是南京师范大学青年教师廖家英博士。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202409145