石墨負極在鋰離子電池中備受關注，但其在鉀離子電池中一直存在許多局限性。電池在充放電的過程中，鉀離子在石墨晶格中的脫嵌會造成體積變化，且擴散系數很低。

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相較于石墨，含有幾個碳層的納米碳材料將是KIB的理想負極，超薄的碳層可以使鉀離子快速脫嵌。如果再通過雜原子摻雜引入缺陷，那電池的各方面性能都將大幅度提高。

有鑒于此，阿卜杜拉國王科技大學Husam N. Alshareef等人制備了一種氮摻雜、富缺陷的納米碳材料，并將其用于鉀離子電池負極。

通過控制乙二胺四乙酸鎳配位化合物的熱解溫度，可以進一步調控納米碳材料的缺陷密度。

XRD表征說明隨著溫度提高，(002)峰越來越強，說明碳材料趨近于結晶化，且GNC600, GNC700和GNC800的缺陷值分別為2.04,? 6.63, 和14.5。拉曼圖中ID/IG的比值也可進一步證明XRD表征。GNC600, GNC700和GNC800的比表面積分別為305.1, 196.1和122.7 m2 g?1，總孔容分別為0.616, 0.561和0.419 cm3 g?1。在XPS中，sp2/(sp2 + sp3)的比值分別為63.7%, 78.0%和83.4%。

GNC800材料的CV有兩組峰，C1, A1和C2, A2，均與擴散控制的法拉第過程有關。首圈0.7 V的還原峰是電極材料界面處SEI的形成。隨著掃速的增加，A1和A2逐漸向高電位移動，而C2和C1逐漸向低電位偏移，進一步表現出擴散控制的法拉第過程。通過計算，A2和C2的b值分別為0.826和0.885，表現出快速法拉第反應過程；而C1和A1的b值分別為0.503和0.526，表現處擴散控制的法拉第行為。

該納米碳材料的電化學性能非常優異，600 °C下制備的GNCs材料在50 mA g^?1的電流密度下容量為280 mAh g^?1。在200?mA g^?1?的電流密度下循環200圈，仍舊有189 mA g^?1的容量可以保留。

作者通過多種表征方法證實了GNCs的鉀離子儲存機理不同于石墨的鉀離子儲存機理，簡單地說，富缺陷的GNCs材料更適合鉀離子嵌入。

在非原位TEM表征中，初始電極材料的晶格間距為0.342nm，當鉀離子嵌入之后，晶格間距擴大到0.386nm，對應著KC₂₄的形成。當放電至電位為0.001V時，出現KC₈，其晶格間距為0.362nm，隨后鉀離子脫出，晶格間距回到初始值。

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該工作以“Graphitic Nanocarbon with Engineered Defects for High‐PerformancePotassium‐Ion Battery Anodes” 為標題于2019年6月22日發表在國際頂刊Adv.Funct. Mater.上。

Graphitic Nanocarbon with EngineeredDefects for High‐Performance Potassium‐Ion Battery Anodes. (Adv. Funct.Mater., 2019，DOI: 10.1002/adfm.201903641)

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201903641