Mesoporous N,S‐Rich Carbon Hollow Nanospheres Controllably Prepared From Poly(2‐aminothiazole) with Ultrafast and Highly Durable Potassium Storage

材料科学 阳极 介孔材料 奥斯特瓦尔德成熟 化学工程 碳纤维 掺杂剂 纳米技术 兴奋剂 电极 有机化学 复合材料 光电子学 催化作用 复合数 工程类 物理化学 化学
作者
Hao Li,Quanwei Ma,Yizhi Yuan,Rui Wang,Ziyang Wang,Qianyu Zhang,Longhai Zhang,Jian Zhu,Shilin Zhang,Jianfeng Mao,Hongbao Li,Svetlana V. Eliseeva,V. V. Kondratiev,Yun Zhang,Chaofeng Zhang,Yuping Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (5) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adfm.202301987
摘要

Abstract Carbon with few active sites and narrow interlayer distance as anode for potassium ion batteries (PIBs) always shows low capacity, sluggish kinetics, and low Columbic efficiency. Herein, poly(2‐aminothiazole) (P2AT) hollow nanospheres are first synthesized as a carbon source for high N, S co‐doped carbon hollow nanospheres (NS‐HCSs). The hollow P2AT nanospheres can be controllably synthesized with an Ostwald ripening process. The unique doping and structure endow the NS‐HCSs with high content of N and S dopants in carbon, mesoporous structure with enlarged interlayer distance, elevated ratio of N‐6 and N‐5 species, enhanced conductivity, abundant surface defects, and large active sites. When evaluated as an anode for PIBs, NS‐HCSs exhibit a high reversible capacity of 422 mAh g ‒1 and excellent long‐term cycling performance. Using combined experiment and theoretical computation, including in situ TEM and in situ Raman, the K‐storage mechanism and dynamic evolution processes of NS‐HCSs, including low volume expansion, enhanced K‐ion adsorption, and stable composition and structure evolution during repeating potassiation/de‐potassiation processes is revealed. This quantitative design for highly durable K‐storage and large capacity in carbon can be advantageous for the rational design of anode materials of PIBs with ideal electrochemical performance.
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