纳米材料结构大师楼雄文第70篇Angew：普鲁士蓝基中空球高效锌离子电池

通讯作者：楼雄文教授

通讯单位：新加坡南洋理工大学

水系锌离子电池（AZIBs）由于具有高安全性、成本效益和高离子电导率等显着优点，成为可再生性储存能源有效工具。近年来，人们致力于探索和设计用于AZIBs的高效正极材料，普鲁士蓝类似物（PBA）以其三维开放框架、高抗水稳定性和多活性位点等吸引人的特点引起了广泛关注。PBA的立方晶体结构包含在（100）方向上直径为3.2 Å的开放离子通道和直径为4.6 Å的大间隙纳米腔，确保了Zn2+离子的高效嵌入/脱出。但是，由于Zn2+嵌入/脱出过程中会造成活性位点不足及结构破坏，导致正极材料容量低、循环稳定性差。

基于此，新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组提出了一种高效的自模板策略，通过阴离子交换过程构建Co取代、富Mn的PBA空心球（CoMn-PBA HSs）。相关工作以“Constructionof Co-Mn Prussian Blue Analog Hollow Spheres for Efficient Aqueous Zn-ion Batteries”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图1.（a）CoMn-PBA HSs合成过程示意图；（b-d）CoMn-甘油酸SSs和（e-g）CoMn-PBA HSs的FESEM（b，c，e，f）和（d，g）TEM图像。

具体制备过程如下，制备CoMn-甘油酸实心球（SSs）作为前驱体，然后通过一步离子交换反应获得CoMn-PBAHSs。所得到的中空结构不仅可以提供大的表面积和足够的活性位点，而且可以适应重复充放电过程中的大体积变化。此外，Co取代将进一步稳定CoMn-PBA HSs的晶体结构并提高循环寿命。当用作AZIBs的正极时，CoMn-PBA HSs表现出高可逆容量、良好的倍率性能和令人印象深刻的循环稳定性。

图4. CoMn-PBA HSs、Mn-PBA HSs和Co-PBAHSs电极在0.2 mV s-1扫描速率下的（a）CV曲线和在0.05 A g-1电流密度下的（b）充放电电压曲线；（c）CoMn-PBA HSs电极在不同电流密度下的充放电电压曲线；（d）基于放电曲线的倍率性能和（e）在1 A g-1电流密度下测试的CoMn-PBAHSs、Mn-PBA HSs 和 Co-PBA HSs 电极的循环性能。

参考文献：

Yinxiang Zeng, Xue Feng Lu, Song Lin Zhang, DeyanLuan, Sheng Li, Xiong Wen (David) Lou, Construction of Co-Mn Prussian BlueAnalog Hollow Spheres for Efficient Aqueous Zn-ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202107697.