第一作者：Wei Wang
通訊作者：郭少軍
通訊單位：北京大學
研究亮點：
1. 發展了一種開心果殼狀核殼結構MoSe2/C負極材料，具有優異的鉀離子電池性能。
2. 獨特的結構設計，不僅能夠提升鉀電的倍率和循環性能，而且能夠增大材料的振實密度，緩沖K離子嵌入時的體積膨脹。
鉀離子電池（KIBs）由于鉀資源豐富、成本低、安全性高等優勢，近來引起人們的廣泛關注。其面臨的主要挑戰在于缺乏用于嵌入/脫嵌大尺寸鉀離子的穩定且高容量材料。
過渡金屬硒化物具有高容量、高安全性、轉化反應的高可用性以及窄帶隙半導體特性等優點，此外其夾層結構可便于堿離子的嵌入/脫嵌。然而，大尺寸K離子嵌入后的大體積膨脹不可避免地影響KIBs的循環穩定性。柔性碳基體可以緩沖體積變化，保持電極材料的完整性，同時能夠提高電子電導率。中空的納米結構可以承受較大的機械應變，但由于內部空隙造成空間過剩，其振實密度相對較低，導致電池的體積能量和功率密度較低。
因此，設計具有高振實密度的MoSe2-C中空結構材料，不失為一種解決以上挑戰的有效策略。
有鑒于此，北京大學郭少軍課題組發展了一種開心果殼狀核殼結構MoSe2/C負極材料，具有優異的鉀離子電池性能。
圖1. PMC的離子和電子擴散示意圖、合成形貌轉變圖
所制得的PMC是以層間距約為0.85 nm的幾層MoSe2作為內核，以超薄無定形碳作為外殼。其中，擴大的層間距，能夠促進K離子的嵌入/脫嵌，同時無定形碳殼可以提高活性MoSe2納米片在循環過程中的結構穩定性。更重要的是，這種結構設計，能夠減少多余的內部空間以提高其堆積密度，同時能夠緩沖K離子嵌入期間的體積膨脹，以進一步增強穩定性。
圖2. PMC的物理表征及橫截面示意圖
沿著碳的表面，電子可以從一側轉移到另一側，并且碳還可以保護中間的MoSe2納米片，進一步保持其結構穩定性。此外，煅燒時間極大地影響MoSe2納米結構的形態。
PMC在極高的電流密度1.0 A/g下，經過1000次循環后，仍能提供226 mAh/g的放電比容量。經過CV測試及計算可得出，不可忽略的電容貢獻是實現高容量的一個顯著因素。第一性原理計算得出，MoSe2塊的能壘高于MoSe2納米片，表明K離子在這種不尋常結構中的擴散更快，從而這種結構可以使材料具有高的倍率性能。
圖3. PMC的鉀電電化學性能測試
圖4. PMC的贗電容分析及鉀離子遷移路徑
總之，這項研究為開發具有優異倍率性能和循環穩定性的鉀離子電池提供了新的借鑒。
參考文獻：
Pistachio‐Shuck‐Like MoSe2/C Core/Shell Nanostructures for High‐Performance Potassium‐Ion Storage
