碳质材料具有高导电性、环保性和结构稳定性等优点，被认为是钾离子电池（PIBs）的理想负极材料。然而，大量钾离子的重复插入/提取而导致的小的层间距和严重的体积膨胀限制了碳质材料的储钾性能。
近日，广东工业大学芮先宏教授，中科大余彦教授报道了合理设计并成功制备了具有富边缺陷的氟氮共掺杂的碳纳米片（FNCS）三维多孔结构。
文章要点
1）这种FNCS材料具有以下优点：i）F和N共掺杂可以产生丰富的边缘缺陷，为电化学反应提供大量的反应位点；ii）三维多孔结构有利于电解液的渗透；iii）薄碳纳米片有效地缩短了电子和K+-离子的输运路径。
2）当用作PIBs的负极时，FNCS具有超长的循环寿命（131 mAh g−1，5 A g−1,4000次循环）和优异的倍率性能（93 mAh g−1，20 A g−1）。当与K2FeFe(CN)6正极配合使用时，组装的PIBs全电池表现出高的可逆容量，在0.2 A g−1时可达516 mAh g−1，并且具有优异的长循环寿命（例如，128mAh g−1在1 A g−1时可循环500次）。
3）电子顺磁共振技术（EPR）、密度泛函理论（DFT）和态密度（DOS）计算结果表明，F掺杂可以产生更多的边缘缺陷和活性位，有利于钾离子的吸收，从而获得良好的PIB性能。
该设计策略可以推广到其他高性能储能电极材料的设计，如镁离子电池、超级电容器、电催化等。
参考文献
Yu Jiang, et al, Ultrafast Potassium Storage in F-Induced Ultra-High Edge-Defective Carbon Nanosheets, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c02275
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02275
