金属硫化物材料由于其较高的理论容量被认为是钾离子电池极具应用前景的负极材料。然而，较大的钾离子半径(1.38 Å)使得其在嵌入和脱出过程中造成较大的体积变化引起电极结构破坏。另外，由于金属硫化物相对较低的电导率和缓慢的反应动力学也限制了其容量的输出。因此，提升钾离子在金属硫化物材料的扩散动力学和增强储钾性能成为当前重点研究课题。我校材料学院李桂村教授、张忠华副教授等团队成员在钾离子电池负极材料研究领域取得新进展。以青岛科技大学为唯一通讯单位，科研成果以“A Robust Strategy for Engineering Fe7S8/C Hybrid Nanocages Reinforced by Defect-Rich MoS2 Nanosheets for Superior Potassium-Ion Storage”为题，发表在国际材料领域顶级学术期刊《ACS Nano》(影响因子14.588)杂志上。第一作者为2017级硕士研究生李文达和能材171班本科生王得祝。
图 高性能Fe7S8/C@d-MoS2 纳米笼的制备过程示意图。
研究团队通过原位氧化聚合包覆和高温气相硫化工艺制备出富缺陷二硫化钼包覆的硫化铁/碳（Fe7S8/C@d-MoS2）纳米笼，见附图。利用动力学分析探究了富缺陷二硫化钼的引入对钾离子的扩散和储存影响。通过理论计算进一步证实了Fe7S8-MoS2界面的存在有利于钾离子的快速扩散。同时，利用非原位XPS测试等揭示了Fe7S8/C@d-MoS2纳米笼的可逆表面吸附和电化学转化储能机理。基于该独特的结构设计，Fe7S8/C@d-MoS2纳米笼展现出优异的倍率性能、循环稳定性和高低温性能。该研究成果为二次钾离子电池电极材料提供了有效的功能化调控策略，为二次碱金属离子电池的新电极材料研究开辟了新的途径。
本成果获得了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c07733
