青岛大学CEJ观点：宏观角度碳涂层核壳结构增强异质结构稳定性

第一作者：徐逸飞，李玉昊

通讯作者：李洪森*，周华*，牛海涛*

通讯单位：青岛大学

钾离子电池（PIBs）因其丰富的钾储量和与Li+相似的氧化还原电位(K/K ⁺ : 2.93 V vs. SHE)成为代替锂离子电池的潜在替代品。然而，K ⁺ 的原子半径(1.38 Å)较大，导致在钾化/脱钾过程中体积膨胀严重，扩散动力学缓慢。同时，过渡金属硒化物（TMSes）作为极具潜力的PIBs负极材料，具有弱金属-硒键、高离子电导率、强氧化还原可逆性等优点，在电池研究领域引起了广泛关注。然而，转换基单一金属硒化物电极材料在充放电过程中经常发生材料粉化溶解，导致其高理论容量的快速衰减。构建异质结构是一种有效改善负极电极性能的策略，然而，由于各向异性晶体生长机制和固体电解质界面膜的破碎重组，使得异质结构在充放电期间如何保障稳定性仍然极具挑战性。

近日， 青岛大学李洪森教授和周华教授团队 ，在 Chemical Engineering Journal 上发表题为 “Dual strategies of interface engineering and core–shell structure improve potassium storage performance” 的文章。该文章从原子尺度和宏观角度全面研究了CoSe ₂ /ZnSe/C@GO电极中钾离子电荷的储存机制。通过实验手段和测试表征揭示了异质结构在钾离子贮存电化学过程中的多种反应机理以及核壳结构对电极结构稳定性的重要作用。

通过共沉淀自组装法和固相硒化法制备异质结构，并利用氧化石墨烯涂层构建稳定的核壳结构增强内部异质结构的稳定性。CoSe ₂ /ZnSe边界处显著的晶格畸变导致了许多晶体缺陷和活性位点的形成，这些缺陷和活性位点有助于K ⁺ 离子在循环充放电过程中的插入和提取。厚度约为5nm的氧化石墨烯壳不仅能促进K ⁺ 离子电荷转移，加速电解质渗透，还可以保护活性物质在循环过程中不因体积膨胀而破碎。

相比于单相材料，具有异质结构的CoSe ₂ /ZnSe拥有更多的活性位点，能够与钾离子发生多种反应（插层反应、转化反应和合金化反应），从而解释高容量的原因。钾化过程：

另外，钾化/脱钾过程中的团聚和/或粉碎会导致异质结构的快速降解，导致循环容量的衰减。通过核壳结构保护层的可控构建，使得其内部纳米颗粒具有充放电可逆性。碳包覆核壳结构能够有效地保障电极材料中钾离子脱嵌的持续稳定进行。异质结构在循环50次后仍然存在，相邻异质结构颗粒之间的氧化石墨烯层清晰可见，证明了氧化石墨烯层对钾离子脱嵌引起的体积变化具有有效的缓冲作用。

Dual strategies of interface engineering and core–shell structure improve potassium storage performance

李洪森 教授

青岛大学教授，博士生导师，山东省“泰山学者”青年专家，山东省优青，山东省高校优秀青年创新团队负责人，课题组网站（https://www.x-mol.com/groups/hsli）。近年来一直从事高效能量存储电池材料的研究，以通讯/第一作者身份在Nat. Mater.、PNAS、Adv. Mater.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Nano Today、Nano Energy、Energy Storage Mater.、Chem. Sci.、Small、Chem. Mater.等高水平期刊发表论文40余篇，其中1篇论文入选中国百篇最具影响国际学术论文，10余篇论文入选了ESI高被引论文、热点论文以及封面论文等，论文总被引用7000余次；申请发明专利21件，其中6件已获授权；出版中英文教材/专著3部；受邀担任Front. Chem.期刊副主编，以及Nano Res.、Nano Res. Energy、Carbon Energy、Chinese Chem. Lett.、Adv. Powder Mater.、IJMMM等期刊青年编委。

周华 教授

青岛大学特聘教授，博士生导师。2014年于澳大利亚迪肯大学（Deakin University）获得材料工程博士学位，先后为迪肯校聘阿尔弗雷德博士后研究员及研究员。目前已在Chemical Reviews, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Materials Horizons, Chemical Engineering Journal等国际期刊发表SCI论文70余篇（其中多篇入选高被引论文和封面论文），出版英文学术专著1部，论文被引用次数总数超过5000次，H指数36。主要研究兴趣：材料表面与界面研究；功能纳米纤维材料开发与应用。

牛海涛 教授

青岛大学特聘教授，2010年获得澳大利亚迪肯大学材料工程博士学位，毕业后在迪肯大学先进材料研究院从事科研工作，2019年受聘于青岛大学。已在Nano Energy、CEJ、Materials & Design、Advanced Fiber Materials、Journal of Power Sources等著名期刊上发表论文60余篇，引用次数超过6000次，H因子39，授权中国专利22项。主要研究方向：先进纳米纤维制备技术；功能纤维材料开发及应用研究(过滤、防护、能量收集与储存，特殊浸润性纤维材料等)。