硬碳（HC）作為鉀離子電池（PIB）最有前景的陽極，因其可調的層間間距和可容納K⁺的豐富空隙而引起了廣泛的研究興趣。然而，硬碳的實際應用受到初始庫侖效率（ICE）低和高平臺電位的嚴重阻礙。

圖1. 材料制備及表征

南京工業大學王瑾等提出了一種錳離子催化熱解策略，在相對較低的溫度（800℃）下制備了含有錳單原子（Mn-NC）的硬碳，從而實現優異的K⁺平臺存儲和高ICE。研究顯示，Mn²⁺離子的引入可催化硬碳中短序石墨納米域的形成，從而使K⁺大量插層到夾層中。

更重要的是，Mn-NC中原子摻入了具有Mn─N3─C配位結構的錳單原子，可大大提高局部電子分布，具有很強的鉀吸附能力，同時還能降低擴散阻力，促進鉀擴散動力學，從而實現快速、可逆的鉀儲存。

圖2.?CV和充放電曲線研究

結果，調制后的Mn-NC具有連續的石墨區域、開放的孔隙和擴大的石墨層間距，從而實現了優異的鉀存儲性能，具有較高的低電位平臺容量（272.6 mAh g^-1）、出色的倍率能力（2 A g^-1時為162 mAh g^-1）和較高的初始庫侖效率（62.3%）。

此外，所構建的Mn-NC//AC鉀離子電容器還能提供151 Wh kg^-1的高能量密度和9.4 kW kg^-1的高功率密度，顯示了其在實際應用中的巨大潛力。更重要的是，作者根據碳結構與放電/充電平臺之間的相關性，提出了”吸附-疊加”的電荷存儲機制。這項研究深入揭示了高性能鉀離子電池硬碳負極微觀結構調控的基本原理。

圖3.?Mn-NC的電化學性能

Regulating Graphitic Microcrystalline and Single-Atom Chemistry in Hard Carbon Enables High-Performance Potassium Storage. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202309509