Water‐Soluble Salt Template‐Assisted Anchor of Hollow FeS2 Nanoparticle Inside 3D Carbon Skeleton to Achieve Fast Potassium‐Ion Storage

材料科学 纳米颗粒 水溶液 阳极 化学工程 纳米技术 离子 碳纤维 电极 复合材料 有机化学 化学 复合数 工程类 物理化学
作者
Yongpeng Cui,Wenting Feng,Dandan Wang,Yesheng Wang,Wei Liu,Huanlei Wang,Yongcheng Jin,Youguo Yan,Han Hu,Mingbo Wu,Qingzhong Xue,Zifeng Yan,Wei Xing
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (33) 被引量:67
标识
DOI:10.1002/aenm.202101343
摘要

Abstract The rationally structural engineering is an efficient strategy to improve the comprehensive performance of potassium‐ion storage anode materials. In this paper, a hybrid with hollow FeS 2 nanoparticles anchored into the 3D carbon skeleton (labeled as H‐FeS 2 @3DCS) is successfully constructed through two critical steps of in situ chemical deposition and anion‐exchange reaction strategies. In the former, the water‐soluble Na 2 CO 3 crystals are used as hard templates for the preparation of 3DCS, while Fe 3+ ‐containing aqueous solutions are utilized to remove the Na 2 CO 3 templates. Interestingly, the intense collision between Fe 3+ and CO 3 2‐ in aqueous solution produces nanoscale Fe(OH) 3 colloidal particles, which are firmly anchored into the pores of the carbon skeleton to form a “lotus‐seed”‐like nanostructure. In the latter case, a central void space is created inside the FeS 2 nanoparticles due to the different diffusion rates of S‐anions and Fe‐cations during the subsequent sulfidation process. Thanks to this unique composition model, the H‐FeS 2 @3DCS hybrid not only alleviates the volume expansion efficiently by rationally hollow structure design, but also provides spacious “roads” (3D carbon skeleton) and “houses” (hollow FeS 2 nanoparticles) for fast K‐ion transition and storage. As the anode of PIBs and PIHCs, the resultant H‐FeS 2 @3DCS electrode delivers an obviously enhanced K‐ions storage performance over state‐of‐the‐art.
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