过渡金属硒化物具有较高的理论容量，被认为是钾离子电池（PIBs）的有前途的负极材料。然而，它们的应用受到低电导率和大体积膨胀的限制。

近期，上海大学吴明红教授&李珍研究员团队采用静电纺丝和硒化工艺相结合的简易模板法，制备了嵌入异质结构ZnCo-Se纳米笼的糖葫芦形碳纳米纤维。在这种分层ZnCo-Se@NC/CNF中，CoSe₂/ZnSe异质结构的丰富相界可促进界面电子转移和化学反应活性。内部多孔ZnCo-Se@NC纳米笼结构缓解了K+嵌入和脱嵌过程中的体积膨胀，并保持了结构完整性。外部的碳纳米纤维将纳米笼颗粒串联起来，防止了团聚，缩短了电子传输距离，增强了反应动力学。作为一种自支撑负极材料，ZnCo-Se@NC/CNF具有高容量（100次循环后在0.1A/g条件下达到362mAh/g）和长期稳定性（1000次循环后容量保持率为95.9%），并显示出优异的反应动力学和快速K存储。能级分析和DFT计算表明，异质结构有利于K+的吸附和界面电子转移。非原位XRD和EIS分析揭示了K⁺储存机制。总体而言，这项工作为PIBs设计具有巧妙结构的高性能异质结构负极材料开辟了一条新的途径。

图1.ZnCo-Se@NC/CNF制备步骤示意图。

图2.a,b）ZnCo-Se@NC/CNF-600、c,d）ZnCo-Se@NC/CNF-700、e,f）ZnCo-Se@NC/CNF-800、g）ZnCo-Se@NC和h,i）CoSe2@NC/CNF的SEM图像。

图3.a）ZnCo-MOF@PDA、b）ZnCo-Se@NC和c,d）ZnCo-MOF@PDA/PAN的TEM图像，e,f）ZnCo-Se@NC/CNF的TEM图像、g-i）HRTEM图像、j）SAED图案，以及k）相应的元素映射。

图4.a）ZnCo-Se@NC/CNF、CoSe2@NC/CNF和ZnCo-Se@NC的XRD图谱。b）ZnCo-Se@NC/CNF-600、ZnCo-Se@NC/CNF-700和ZnCo-Se@NC/CNF-800的拉曼光谱。c）ZnCo-Se@NC/CNF-600、ZnCo-Se@NC/CNF-700和ZnCo-Se@NC/CNF-800的氮气吸附-解吸等温线。d）ZnCo-Se@NC/CNF的XPS全扫描光谱。e-i）e）Zn2p、f）Co2p、g）C1s、h）N1s和i）Se3d的高分辨率XPS光谱。

图5.a）ZnCo-Se@NC/CNF在0.01-3.00V的电位范围内、0.1mV/s的扫描速率下的CV曲线。b）ZnCo-Se@NC/CNF在0.1A/g下进行1、2、5和50次循环的GCD曲线。c）ZnCo-Se@NC/CNF、CoSe2@NC/CNF和ZnCo-Se@NC在0.1A/g下的循环性能，d）倍率性能，e）EIS。f）ZnCo-Se@NC/CNF与其他报道的基于硒化钴的PIB电极材料的倍率性能比较。g）ZnCo-Se@NC/CNF在1A/g下的超长循环性能。

图6.a）CoSe2和ZnSe接触前的能级图。b）CoSe2和ZnSe之间的电荷转移以及ZnCo-Se@NC/CNF中的异质结结构示意图。

图7.a）CoSe2、b）ZnSe和c）ZnCo-Se的态密度和晶体结构。d）ZnCo-Se的3D电荷密度差剖面图；黄色和蓝色气泡表示电荷积累和耗尽。e）CoSe2、ZnSe和ZnCo-Se的K+吸附能的计算。

图8.用于PIBs的ZnCo-Se@NC/CNF的动力学分析。

图9.a）ZnCo-Se@NC/CNF在不同放电/充电状态下的原位XRD图和b）非原位EIS。c）ZnCo-Se@NC/CNF的电子传输和离子扩散路径示意图。

该工作以“Construction of Sugar-Gourd-Shaped Carbon Nanofibers Embedded with Heterostructured Zinc-Cobalt Selenide Nanocages for Superior Potassium-Ion Storage”为题发表在《Small》（DOI:10.1002/smll.202307095）上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202307095