迄今為止，以最初的高熵合金和隨后的高熵氧化物為代表的大量高熵材料已被應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能和催化等領(lǐng)域。然而，高熵納米普魯士藍(lán)類似物 (PBA) 尚未引起鋰硫 (Li-S) 電池材料領(lǐng)域的關(guān)注。過(guò)去將 PBA 作為L(zhǎng)i-S電池中的硫主體的研究較少，事實(shí)上，PBA作為L(zhǎng)i-S電池的載體材料具有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，作為路易斯酸位點(diǎn)，金屬中心與帶負(fù)電的多硫化物陰離子具有良好的親和力，從而防止多硫化鋰的穿梭。其次，開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)可以通過(guò)孔限制效應(yīng)來(lái)固定多硫化鋰，并且緩解電池循環(huán)過(guò)程中的體積變化。第三，由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，PBA的幾何形狀在離子插入過(guò)程中幾乎沒(méi)有變化，這進(jìn)一步緩解了容量衰減問(wèn)題。第四，這些化合物是通過(guò)使用水作為溶劑的簡(jiǎn)便且廉價(jià)的共沉淀方法構(gòu)建的。最后，PBA是高度可調(diào)的，可以形成高熵材料，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的Li-S電池正極材料提供了更多可能。 在此，揚(yáng)州大學(xué)龐歡教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了從二元到高熵的 PBA 庫(kù)，探究了不同金屬引入對(duì)配位環(huán)境、多硫化鋰轉(zhuǎn)化機(jī)理以及Li-S電池性能的影響。該團(tuán)隊(duì)基于五種金屬陽(yáng)離子（Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+ 和 Zn2+）和 K3[Fe(CN)6]，通過(guò)簡(jiǎn)便的共沉淀法成功合成了 16 種具有均勻立方或球狀形貌的二元到高熵的PBA（圖1）。
圖1：PBA的合成示意圖以及形貌表征 同步輻射用來(lái)探究在 PBA 骨架中引入 Fe、Co、Ni、Cu、Mn 和 Zn 對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并判斷它們的價(jià)態(tài)（圖2）。由此證實(shí)了所有金屬的成功引入以及高熵PBA的配位構(gòu)型，其中Fe與C配位，Co、Ni、Cu、Mn、Zn都參與了N配位。 圖2：PBA的價(jià)態(tài)以及配位環(huán)境表征。 二元，三元，四元，和高熵PBA作為硫載體來(lái)探究對(duì)Li-S電池的影響（圖3）。不同掃速下的循環(huán)伏安測(cè)試說(shuō)明高熵PBA具有更快的 Li+ 擴(kuò)散速率和更快的多硫化物轉(zhuǎn)化，電化學(xué)阻抗譜說(shuō)明高熵PBA具有最小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，循環(huán)性能和倍率性能測(cè)試說(shuō)明高熵PBA具有最好的Li-S電池性能?？傊?，電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)高熵PBA在Li-S電池中具有很大的應(yīng)用潛力。 圖3：二元、三元、四元和高熵PBA的Li-S電池性能評(píng)估。 另外，原位紫外表征發(fā)現(xiàn)高熵PBA電極保持更長(zhǎng)的放電時(shí)間，顯示出更高濃度的高階多硫化物陰離子，說(shuō)明高熵PBA能夠?qū)崿F(xiàn)快速的多硫化鋰轉(zhuǎn)化，也從而證實(shí)了高熵PBA性能優(yōu)異的原因（圖4）。 圖4：高熵PBA作為硫載體的原位表征。 該工作為選擇高熵PBA 作為硫主體材料以及合成其他 PBA 和 PBA 衍生物提供了實(shí)踐指導(dǎo)。此外，研究結(jié)果表明，構(gòu)建高熵材料是實(shí)現(xiàn)高性能 Li-S 電池的有效策略，這為構(gòu)建具有強(qiáng)結(jié)合、高導(dǎo)電性、和快速的動(dòng)力學(xué)的多功能硫主體提供了新的方向。 論文信息 High-Entropy Prussian Blue Analogues and Their Oxide Family as Sulfur Hosts for Lithium-Sulfur Batteries Meng Du, Pengbiao Geng, Chenxu Pei, Xinyuan Jiang, Yuying Shan, Wenhui Hu, Lubin Ni, and Huan Pang* 課題組網(wǎng)站： https://www.x-mol.com/groups/panghuan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202209350
