金屬硫化物材料由於其較高的理論容量被認為是鉀離子電池極具應用前景的負極材料。然而，較大的鉀離子半徑(1.38 Å)使得其在嵌入和脱出過程中造成較大的體積變化引起電極結構破壞。另外，由於金屬硫化物相對較低的電導率和緩慢的反應動力學也限制了其容量的輸出。因此，提升鉀離子在金屬硫化物材料的擴散動力學和增強儲鉀性能成為當前重點研究課題。材料學院李桂村教授、張忠華副教授等團隊成員在鉀離子電池負極材料研究領域取得新進展。以青島科技大學為唯一通訊單位，科研成果以A Robust Strategy for Engineering Fe₇S₈/C Hybrid Nanocages Reinforced by Defect-Rich MoS₂Nanosheets for Superior Potassium-Ion Storage為題，發表在國際材料領域頂級學術期刊ACS Nano(影響因子14.588)雜誌上。第一作者為2017級碩士研究生李文達和能材171班本科生王得祝。

研究團隊通過原位氧化聚合包覆和高温氣相硫化工藝製備出富缺陷二硫化鉬包覆的硫化鐵/碳（Fe₇S₈/C@d-MoS₂）納米籠（見上圖）。利用動力學分析探究了富缺陷二硫化鉬的引入對鉀離子的擴散和儲存影響。通過理論計算進一步證實了Fe₇S₈-MoS₂界面的存在有利於鉀離子的快速擴散。同時，利用非原位XPS測試等揭示了Fe₇S₈/C@d-MoS₂納米籠的可逆表面吸附和電化學轉化儲能機理。基於該獨特的結構設計，Fe₇S₈/C@d-MoS₂納米籠展現出優異的倍率性能、循環穩定性和高低温性能。該研究成果為二次鉀離子電池電極材料提供了有效的功能化調控策略，為二次鹼金屬離子電池的新電極材料研究開闢了新的途徑。

本成果獲得了國家自然科學基金和山東省自然科學基金等項目的資助。

文章鏈接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c07733