半岛综合体育官网登录入口半岛综合体育官网登录入口半岛综合体育官网登录入口钾离子电池（PIBs）凭借其低氧化还原电位（-2.93V）、丰富的钾储量和可承受的成本，以及电解质中快速的离子导电性，在广泛的储能领域越来越受到关注。尽管有这些优势，但PIBs实际应用的巨大挑战是寻找优越的电极材料，这需要克服大K+尺寸（1.38Å）引起的巨大体积变化和结构退化。各种材料已经出现作为潜在的PIB负极，其中碳材料表现出良好的循环稳定性，但储钾能力有限。转化/合金化型材料具有高的理论容量，而其固有的缓慢反应动力学和大的体积变化导致较差的倍率行为和较差的循环稳定性。因此，探索具有长期循环寿命、高容量和优异倍率性能的优质负极材料至关重要。

　　最近，镍基硫化物由于其高理论容量和适中的成本而被应用于Li/Na/K离子存储。特别是，4电子转换反应在理论上赋予了NiS2 873 mA h g−1的卓越容量。然而，纳米结构负极在重复的K+插入/提取过程中由于其巨大的体积变化而遭受结构坍塌，从而阻碍了长期的循环稳定性。为了进一步提高离子/电子导电性和缓解体积波动，硫化镍与碳基体的集成已被证明是有效的。然而，硫化镍的大体积变化会导致活性材料在碳基体上严重聚集，并在循环过程中导致碳涂层断裂，从而阻碍循环寿命较差的NiS2碳复合材料的结构完整性。相比之下，具有保护涂层外壳和内部空隙室的蛋黄壳（Y-S）结构已被证明可以实现良好的结构稳定性。然而，Y-S结构通常表现出大的蛋黄尺寸和蛋黄与外壳之间有限的接触点，这将导致较差的电子/离子传输，并损害倍率行为和循环寿命。因此，良好的结构完整性和优越的电荷传输的集成对于设计高性能PIB负极至关重要，但这仍然是一个艰巨的挑战。

　　近日，西北工业大学黄维院士团队、福建师范大学赵毅团队和清华大虚深圳研究生院的Qiangmin Yu团队合作通过封装核壳开发了一种内部界面工程NiS2@C MOF衍生的中空碳壳内的纳米颗粒，用于卓越的PIB负极。准备好的核壳NiS2@C@C复合材料集丰富的内部空隙空间、外部保护性碳壳和内部导电性碳层的结构优势于一体。综合的实验和理论方法表明，NiS2/C内部界面是导电的，可以促进电荷传输动力学，增强赝电容行为，并减轻碳外壳中的机械应力。因此，它在0.2 A g−1时表现出481 mA h g−1的超高容量，并保证在20 A g−2时具有306 mA h g–1的倍率性能。此外，它表现出优异的循环稳定性（在1 A g−1下1600次循环后为358 mA h g−1），这在已报道的PIB最佳转化负极中极具竞争力。

　　【图1】（a）Y-S内部界面工程示意图NiS2@C@C通过PDA包覆、ZIF-8包覆、化学蚀刻和碳化工艺制备C复合材料。（b-c）NiS2，（d-e）NiS2@PDA和（f-g）-8复合材料的（b，d，f）SEM图象和（c，e，g）TEM图像。（h）-8复合材料的STEM和Ni、S、Zn、C和N的元素映射

　　【图2】NiS2@C@C复合材料的（a）SEM、（b-d）TEM、（e）STEM图像、（f）线扫描轮廓和（g）Y-S的Ni、S、C和N的元素映射，（d）中的插图是NiS2的HRTEM图像。

　　【图5】制备的复合材料的动力学分析。（a）NiS2、（b）Y-S NiS2@C和（c）Y-S NiS2@C@C电极的0.2至2.0 mV s−1的CV曲线，以及（d）电容贡献率，和（e）在这些电极的每个氧化还原峰处的线。（f）在（g）放电和（h）充电过程中的GITT分布和相应的K+扩散系数。（i）五次循环后的Nyquist阻抗图，以及（j）NiS2、Y-S NiS2@C和Y-S NiS2@C@C电极低频下Zreal和ω−1/2之间的线性关系。

　　【图6】DFT计算、有限元模拟和复合材料的结构稳定性。（a-b）三个K离子吸附位置和（d-e）在（a，d）NiS2表面和（b，e）NiS2-C异质界面上的K离子迁移路径的侧视图，以及相应的（C）K离子吸附能和（f）K离子扩散能垒。Ni、S、C和K原子被银、黄、棕色和紫色标记。有限元模拟比较（g-j）Y-S NiS2@C的应力分布和（k-n）Y-S NiS2@C@C钾化过程中的结构。（o） Y-S NiS2@C@C电极100次循环后的Ni、S和C的SEM、（p）TEM图像和（q）元素映射。

　　作者展示了一种通过封装实现高效K离子存储的内部界面工程NiS2@CNPs转化为ZIF-8衍生的中空碳壳。应用Y-S NiS2@C@C时作为PIB负极，其Y-S结构可以承受NiS2的体积变化，并防止其在循环过程中聚集，内部界面可以促进电子/离子的快速传输，增强赝电容效应，并减轻NiS2膨胀引起的碳外壳应力，从而获得优异的结构完整性和优异的反应动力学。因此，它可以呈现长期循环寿命，并在循环1600次后保持358 mA h g−1的容量。值得注意的是，它在10和20 A g−1时显示出360和306 mA h g−1的出色倍率容量，超过了PIB的大多数Y-S结构和转换型负极。本文报道的内部界面工程为实现PIB的高性能负极材料提供了一种可行的策略。