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成果简介
碳质材料被认为是钾离子电池的潜在负极候选者。然而，经典碳材料的倍率性能和循环稳定性仍远不能令人满意。本文，华南理工大学吴松平、严玉蓉等研究人员在《BatteriesSupercaps》期刊发表名为“Sulfur/NitrogenCo-DopedIn-PlanePorousCarbonNanosheetsasSuperiorAnodeofPotassium-IonBatteries”的论文，研究利用一种简便且低成本的策略来精确合成具有鱼网状微结构的硫/氮共掺杂面内多孔碳纳米片（SN-CNSs）。精心设计的面内多孔结构和相互连接的碳片网络可以加速钾离子的扩散，缓解体积膨胀，并提供足够的活性位点。结果，SN-CNSs在次循环后以1Ag-1的电流密度提供了令人印象深刻的mAhg-1的可逆容量，以及.3mAhg-1的优异倍率容量.密度泛函理论(DFT)计算进一步验证了S/N共掺杂在SN-CNSs材料中K离子吸附/扩散中的优势。如此优异的性能表明SN-CNSs具有成为钾离子电池优良阳极的巨大潜力。
图文导读
图1、a)SN-CNS制备示意图。b)SN-CNSs的SEM图像。c,d)SN-CNSs的TEM图像（插图：SAED图案）。e)HRTEM图像和f-j)SN-CNS的C、O、N和S元素映射。图2、结构表征。图3、a)SN-CNSs电极在0.1mVs-1扫描速率下的CV曲线。b)SN-CNS在mAg-1下的恒电流充电/放电曲线。c)SN-CNS的速率能力。d)SN-CNSs的倍率性能与文献报道的PIBs碳质负极材料的比较。e)SN-CNS和对照样品在0.1Ag-1下激活5个循环后在1Ag-1下的长期循环性能。图4、SN-CNS的动力学分析图5、a)TEM图像，b)在1Ag-1下0次循环后SN-CNS的HRTEM。c-d）具有不同状态放电和充电的SN-CNSs的非原位拉曼光谱。e-f）具有不同放电和充电状态的SN-CNSs的非原位XRD图谱。图6、a）鱼网状微结构碳系统的晶体模型。b）从扁平碳扭曲到弯曲碳导致极化的示意图。c）一个K原子吸附在鱼网状弯曲碳的边缘位置。d）K原子吸附在S缺陷周围。e）K原子吸附在N缺陷周围，f）K原子吸附在S/N缺陷周围。灰色部分双键代表碳平面，蓝色、黄色和紫色球体分别代表N、S和K原子。小结
已采用一种简便且低成本的策略来生成具有互连碳薄片网络、平面内多孔和硫/氮共掺杂的碳纳米片。多尺度模板和低温石墨化的结合导致了多尺度和多键的部分石墨化碳。独特的结构可以加速钾离子的扩散，缓解充放电过程中的体积膨胀，并提供足够的活性位点来提高钾离子的吸附能力。DFT计算进一步验证了S/N共掺杂在SN-CNSs材料中K离子吸附/扩散的优势。如此优异的性能表明SN-CNSs具有成为钾离子电池优良阳极的巨大潜力。文献：