作为最有前途的碱性离子电池负极候选材料，红磷(P)仍然面临着很大的挑战，如绝缘性导致的倍率和循环性能较差，以及合金/脱合金过程中体积变化较大。为了改善上述问题，传统的方法是将磷限制在碳载体中。然而，关于最大限度地利用磷的研究还很少，在其他研究中，如何在高负荷量的情况下实现完全限制磷仍然是一个问题。此外，磷在钾离子电池（PIBs）中的应用还处于初级阶段，相应的钾化产物也存在争议。

近日，复旦大学方方教授，宋云副教授，上海理工大学郑时有教授报道了具有分层孔结构的三维氮掺杂的剥离石墨烯CNT作为碳骨架（N-SGCNT）以约束高达41.2 wt.％负载量的纳米P（P₂@N-SGCNT）。

文章要点

1）N-SGCNT骨架不仅满足了传统的要求，诸如高电导率和分层孔等以确保高P负载，而且由于其固有耦合的3D骨架，因此在循环时还提供了结构兼容性和稳定性。

2）结果显示，P₂@N-SGCNT对于SIBs具有2480 mAh g^-1的高可逆容量，对于PIBs具有762mAh g^-1的高可逆容量，对于SIBs具有1770 mAh g^-1的倍率能力以及在2.0 A g^-1的电流密度下，对于PIBs具有354 mAh g^-1的容量和优异的循环寿命长（对于SIB，在2000次循环后的容量为1936 mAh g^-1，对于PIBs，1000次循环后的容量为319 mAh g^-1）。

3）基于独有的完全受限的P结构，研究人员通过实验和理论结果确定了最终产物为K₄P₃的K⁺存储机理。

Jiafeng Ruan, et al, Tailor-Made Gives the Best Fits: Superior Na/K-Ion Storage Performance in Exclusively Confined Red Phosphorus System, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c05951

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05951