湘潭大学Zhifeng Huang等–氮掺杂石墨烯修饰的 FeSex-Sb2Se3C 纳米纤维作为钾离子电池的先进阳极材料

低工作电压，高理论容量转换合金阳极是钾离子阳极的理想选择。然而，如何解决变化后合金材料在整个反应过程中的结构变形和体积膨胀问题是一个至关重要的课题。在静电纺丝过程中加入双氰胺(DCDA)合成了一种新型氮掺杂石墨烯修饰的FeSe_x-Sb₂Se₃/C纳米纤维(FeSbSe-NGCNFs)复合材料。得益于多孔的一维纳米结构、石墨烯修饰和富氮掺杂，FeSbSe-NGCNFs作为PIBs的阳极表现出最佳的电化学性能。FeSbSe-NGCNFs在100 mA g^-1时提供了279.9 mAh/g的可逆放电比容量，经过100次循环后容量保持率为87.6%，此外在3000 mA g^-1的大电流下容量高达169.9 mAh/g。经过1000次循环后，复合材料在1000 mA g^-1下保持115.8 mAh/g的容量。这些特殊的循环多重特性的主要原因是多孔结构产生了更多的碳缺陷和活性位点，增加了K⁺的存储容量，加速了K⁺的传输和电子转移，以及石墨烯纳米片结构增强了导电性和增加了它的比表面积。因此，开发的FeSbSe-NGCNFs作为阳极材料可能会使PIBs受益。

图1. FeSbSe-NGCNFs复合材料制备过程示意图。

图2. FeSbSe-NGCNFs 前体纤维（a）、FeSbSe-CNFs（b）、FeSbSe-NGCNFs（c）和 FeSbSe-0.4NGCNFs（d）的 FE-SEM 图像；FeSbSe-NGCNFs 的 TEM 图像（e-f）、HRTEM 图像（g）、HAADF 图像（h）和相应的 EDS 元素映射图像（i-m）。

图3. (a) FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs 和 FeSbSe-0.4NGCNFs 的 XRD 图案和 (b) 拉曼光谱。

图4. （a–b）FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs 和 FeSbSe-0.4NGCNFs 的 Brunauer–Emmett–Teller 曲线和相应的孔径分布曲线；（c）FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs 和 FeSbSe-0.4NGCNFs 的 FTIR 光谱。

图5. FeSbSe-NGCNFs 的 XPS 测量光谱 (a) 和 (b) C1s、(c) N1s、(d) Fe 2p、(e) Sb 3d 和 (f) Se 3d 的高分辨率光谱。

图6. （a）FeSbSe-NGCNFs的循环伏安曲线；（b）FeSbSe-NGCNFs在50 mA g^–1时的放电-充电曲线；（c）FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs和FeSbSe-0.4NGCNFs在50 mA g^–1至3000 mA g^–1时的倍率性能；（d）FeSbSe-NGCNFs电极与其他报道的PIBs中的铁和锑金属硒化物基电极的倍率能力比较；（e）FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs和FeSbSe-0.4NGCNFs在100 mA g^–1时的循环性能； （f）FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs 和 FeSbSe-0.4NGCNFs 在 1000 mA g^–1 时的循环性能。

图7. （a）FeSbSe-CNFs、FeSbSe-NGCNFs 和 FeSbSe-0.4NGCNFs 电极的 EIS 奈奎斯特图和（b）Z′ 和 ω^–1/2 之间的线性拟合。

图8. （a）FeSbSe-NGCNFs 在不同扫描速率下对 PIBs 的 CV 曲线。（b）FeSbSe-NGCNFs 的峰值电流与扫描速率的线性关系。（c）FeSbSe-NGCNFs 的电容和扩散控制容量的归一化比例。（d）FeSbSe-NGCNFs 在 1.0 mV s^–1时的电容贡献曲线。

相关研究成果由湘潭大学化学学院环境友好化学与应用教育部重点实验室, 新型储能电池关键材料制备技术国家地方联合工程实验室, 电化学能源储存与转换湖南省重点实验室Zhifeng Huang 及 Li Liu等人于2024年发表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159826 )上。原文：Nitrogen-doped graphene-decorated FeSe_x-Sb₂Se₃/C nanofibers as advanced anode materials for potassium ion batteries