鉀離子電池由于具有鉀資源豐富且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是新型電化學(xué)儲能系統(tǒng)中極具潛力的候選者之一。合金型負(fù)極材料（鉍、錫、銻等）憑借高的理論比容量和合適的工作電壓平臺等特點(diǎn)引起了研究者的廣泛關(guān)注。然而，這類材料在脫嵌鉀過程中的體積膨脹會(huì)導(dǎo)致容量快速衰減，從而限制了其應(yīng)用。制備高質(zhì)量的雙金屬合金型負(fù)極納米材料是實(shí)現(xiàn)高性能鉀離子電池的關(guān)鍵所在。在傳統(tǒng)管式爐退火（TFA）處理過程中，由于固有的緩慢加熱/冷卻速率（<10 K s-1）和長達(dá)數(shù)小時(shí)的處理時(shí)間，合金材料容易出現(xiàn)顆粒粗化/生長/團(tuán)聚、不均勻尺寸分布和金屬組分的揮發(fā)等問題。因此，迫切需要通過一種更簡單、可控的策略制備出高尺寸均勻性和高負(fù)載的超細(xì)雙金屬合金納米材料。
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）袁群惠教授和天津大學(xué)陳亞楠教授等人發(fā)展了一種簡單、超快的高溫?zé)彷椛洌℉TR）的策略，實(shí)現(xiàn)了一系列高質(zhì)量的雙金屬合金納米材料的普適性制備。作者以BiSb-HTR為概念驗(yàn)證，納米尺寸超細(xì)且均勻的雙金屬合金納米材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
在約15秒內(nèi)的HTR過程中，快速的升溫/降溫速率（~103 K s-1），可立即產(chǎn)生足夠高的溫度（>1300 K）。碳源轉(zhuǎn)化為大比表面積的N/O共摻雜介孔碳片確保了雙金屬納米顆粒的形成和穩(wěn)定。同時(shí)，極短的反應(yīng)時(shí)間避免了金屬組分的團(tuán)聚/蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)合金納米顆粒的均勻分散。與傳統(tǒng)的管式爐退火處理相比，HTR策略在合成工藝/條件和制備的納米顆粒尺寸/形貌等方面顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢。 基于BiSb-HTR材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)優(yōu)勢（超細(xì)的納米尺寸、高密度的均勻分布、高的合金含量），BiSb-HTR展現(xiàn)出穩(wěn)定且優(yōu)異的儲鉀性能。并且，研究人員結(jié)合電化學(xué)原位XRD技術(shù)，揭示了BiSb-HTR的儲鉀機(jī)理。 更重要的是，超快速的HTR方法能夠擴(kuò)展應(yīng)用于其他雙金屬合金納米材料的制備，例如：SnSb、CoSb、NiSb、FeSb、SnBi和Cu2Sb等。并且，研究人員利用高效的HTR策略實(shí)現(xiàn)了克級鉀離子電池材料的合成。該工作不僅為設(shè)計(jì)高性能高質(zhì)量鉀離子電池合金型電極材料提供了一條新途徑，而且對其他能量儲存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展起到了指導(dǎo)意義。 論文信息 Ultrarapid Nanomanufacturing of High-Quality Bimetallic Anode Library toward Stable Potassium-Ion Storage Shuming Dou, Jie Xu, Danfeng Zhang, Wen Liu, Cuihua Zeng, Jiangchao Zhang, Zhedong Liu, Haoqiang Wang, Yani Liu, Yu Wang, Yanbing He, Wei-Di Liu, Wei Gan*, Yanan Chen*, Qunhui Yuan* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202303600
