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在聚陰離子材料中發生的插層型反應被認為是應對鉀離子電池（PIB）中大量K+與主體結構之間不匹配關系的一種簡單方法。然而，引入聚陰離子骨架帶來的大“死”重量和較差的導電性嚴重限制了聚陰離子負極的電化學性能。

陳人杰/李麗AFM：MXene 衍生碳包覆 π-Ti2O(PO4)2作為聚陰離子化合物的新候選物用于鉀離子電池負極

在此，北京理工大學李麗教授、陳人杰教授等人通過簡單的Ti₃C₂T_x MXene衍生方法合成了一種碳涂層1Dπ型氧化鈦磷酸鹽（π-Ti₂O(PO₄)₂）(TOP@C)。

通過結構分析和DFT計算，發現TOP@C中存在有機磷源（植酸）衍生的超薄碳層、合適的容納位點和K+的擴散路徑，確保了TOP@C負極在K+的插入和遷移過程中具有更強的導電性、更小的體積變化以及有競爭力的插入能量和低的擴散障礙。這些都使得TOP@C克服了聚陰離子化合物中存儲容量的限制。

圖1. DFT計算

總而言之，該工作通過簡單的Ti₃C₂T_x衍生方法合成了具有沿[100]方向優先生長方向的一維碳包覆TOP@C，并證明了其作為PIB新候選負極的可行性。根據DFT計算，TOP@C中的π-Ti₂O(PO₄)₂的晶體結構使其具有低應變K+插入的特性。

此外，TOP@C可沿[100]方向提供大型隧道進而緩解PIBs中K+插入能量和擴散勢壘。特別地，TOP@C//PTCDA全電池提供了119.4 Wh kg^-1的高能量密度，功率密度高達632.8 W kg^-1，并在循環過程中保持了理想的容量。因此，這種MXene衍生的策略可為低應變負極和正極的高性能無機開放框架的設計提供思路。

圖2. TOP@C//PTCDA全電池的電化學性能

A New Candidate in Polyanionic Compounds for Potassium Ion Battery Anode: MXene Derived Carbon Coated π-Ti2O(PO4)2, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202300125

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