摘要
随着全球对于新能源车的普及和推广，使得具有高能量密度，优异储能性能和较高安全性能的锂离子电池作为了电能的提供者。但是地球上的锂资源匮乏，仅占0.0017％，且价格昂贵，不具有可持续发展性，因此寻找可以替代锂元素是非常有必要的。同一主族、储量高、价格低廉且与金属锂具有相似化学性质的的金属钾受到了关注。目前大量的研究人员参与到金属钾离子电池中研究。然而，钾离子半径较大，在电极材料中迁移时遇到的阻力越大，不合适进行快速充放电。因为随着钾离子嵌入/脱出次数的增加会导致电极材料体积膨胀严重的导致材料结构被破坏，从而获得的电极材料比容量的不稳定。因此，当前研究适合的钾离子电池负极材料仍然是发展钾离子电池的关键。 过渡金属硫族化合物具有典型的晶体结构，每个金属原子与硫族原子在S-M-S(M=过渡金属原子，S=硫属原子如S，Se等)层内形成六配位的八面体，层与层之间可以靠外来离子在层间隙内自由嵌入与脱出较弱的范德华力链接。此外，过渡金属硫族化合物作为钾离子电池负极材料具有较高的理论比容量、能量密度以及无毒和低成本等优点。相比于过渡金属氧化物，过渡金属硫族化合物在电化学反应过程中具有更高的反应可逆性。同时若与导电性优良的碳材料结合可以提高电极材料的导电性和离子传输速率。 通过水热法将石墨烯悬浮液中的Co3[Co(CN)6]2普鲁士蓝类似物(Co-Co PBAs)硒化，成功合成了石墨层包裹的金属Co0.85Se中空纳米结构(Co0.85Se/G)。其中石墨烯包裹着中空Co0.85Se立方块(Co0.85Se/G)，该材料具有增强钾的存储性能，独特的中空结构具有高表面积，可确保Co0.85Se与电解质充分接触。石墨烯包裹可阻止团聚并缓解Co0.85Se的体积膨胀。结合Co0.85Se的金属性能和石墨烯的高电导率可以提高速率性能。结果表明，Co0.85Se/G作为电极材料在200个循环中在50mAg-1时可提供324mAhg-1的高容量，甚至在1000mAg-1下循环1000圈后也可保持213mAhg-1的高容量。 首先以前躯体Co-CoPABs和硒源成功合成了纯相CoSe2立方块，然后再将CoSe2进行金属Mo掺杂。金属钼掺杂有利于增大CoSe2的晶格间距，减小钾离子迁移的阻力，同时金属离子的加入极大增加材料对载流子的吸附。将其作为钾离子电池负极材料，Mo-CoSe2纳米方块作为钾离子电池负极材料在电流密度为50mAg-1下循环200圈后表现出较高的可逆容量(861 mAh g-1)，在电流密度为1000mAg-1下循环1000圈后保持着高比容量241mAhg-1。 前躯体中空MnO2纳米管(α-MnO2NT)与有机物多巴胺进行包覆得到中空PDA@α-MnO2纳米管(PDA@α-MnO2NT)，然后碳化得到中空C@α-MnO纳米管(C@α-MnONT)，最后再高温硒化，得到中空C@MnSe纳米管(C@α-MnSeNT)。C@α-MnSeNTe具有可以增大与电解液接触的面积的独特中空结构。同时，材料的导电性和钾离子的传导率可以通过加入碳材料实现，从而提高储钾能力。将其作为钾离子电池负极材料时，在电流密度为50mAg-1时，C@α-MnSeNT电极有比C@α-MnONT电极更高的首次充放电比容量(为672和822mAhg-1)，首次库伦效率(CE)为82％。循环300圈后，比容量稳定在245mAhg-1。而C@α-MnONT电极的循环300圈后的比容量只有142mAhg-1。当将电流密度增加到1000mAg-1，比容量稳定在221mAhg-1。
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