福建师范大学吴小慧副教授/赵毅教授 CEJ观点：基于农业仿生策略合成一种共螯合高熵金属磷硫化物纳米颗粒用于优异锂/钾离子电池

通讯作者：吴小慧、赵毅

第一作者：冯炳杰、刘家杰

第一单位：福建师范大学

传统碳基阳极材料的锂/钾离子存储比容量多低于370 mA h g^-1，难以满足未来高能量容量需求，而金属磷硫化物(MPS)作为转化型材料，理论容量高、工作电位优，是理想的潜在阳极材料，但存在导电性差、循环过程中结构易降解的关键问题，限制其应用。

高熵策略是一种新兴的本征导电性改善方法。可以有效解决金属磷硫化物作为阳极材料存在的问题。不过迄今为止，制备纳米尺度的高熵MPS颗粒仍面临巨大挑战，这归因于各组成金属的还原电位差异及成核-生长动力学差异。通常，反应需要在高温下进行固相反应。但高温同时会加剧原子扩散和晶体生长，不利于纳米颗粒(NPs)的可控合成。因此，传统纳米颗粒合成方法可能无法直接应用于高熵MPS的制备。

近年来，仿生设计受到广泛关注。本文开发了一种农业仿生合成策略，通过五种金属离子与富氮多孔有机聚合物（POP）和2-甲基咪唑（2-MI）的共螯合作用，结合最终煅烧处理，以克服高熵MPS阳极的合成难点。实现了高纯度纳米尺度单相HEPS NPs的制备，并在锂/钾离子存储领域体现出广阔的应用前景。

近日，福建师范大学吴晓慧副教授联合赵毅教授团队在Chemical Engineering Journal期刊上发表题为 “An agro-bionic approach to co-chelating ultrafine high-entropy metal phosphosulfide nanoparticles for superior Li/K-ion storage” 的文章。该文章创新性地提出农业仿生共螯合策略，解决传统高温合成高熵金属磷硫化物(MPS)面临的颗粒粗化、相分离难题。合成出约3.5 nm的超细高熵金属磷硫化物纳米颗粒(HEPS)，并通过强M-N键均匀锚定在氮掺杂碳基质中(HEPS/NC)。高熵效应与共螯合效应的协同作用，不仅提升锂/钾离子吸附与扩散能力、抑制多硫化物穿梭，还增强材料导电性与结构稳定性，显著优化离子扩散动力学。值得注意的是，HEPS/NC作为锂离子电池（LIBs）阳极时，5 A g^-1下循环1000次容量保持率达87.5%，并且HEPS/NC||PB组成的柔性袋式电池在折叠状态下仍能稳定供电。从材料合成与储能应用角度来看，该农业仿生策略为熵稳定硫属化物提供了通用合成范式，所制备的HEPS/NC阳极在多价离子电池体系中展现出卓越适配性，为下一代高容量、高稳定性储能技术提供了关键支撑。

提出农业仿生共螯合合成策略，模仿“点播”种植原理，以富氮多孔有机聚合物（POP）为“土壤”、2-甲基咪唑（2-MI）为“覆土”，通过双螯合剂协同作用固定五种金属离子，经碳化-磷硫化一步制备 HEPS/NC，为高熵材料合成提供通用合成范式。

材料结构新颖，构建超细高熵+强键锚定复合结构约3.5 nm的HEPS纳米颗粒通过强M-N键均匀嵌入氮掺杂碳基质，实现高纯度单相结构，解决传统高温合成的颗粒粗化、相分离难题。

实现锂离子离子电池体系（LIBs）高效适配，LIBs 中 1000 次循环容量保持率 87.5%，为下一代高容量、高稳定性储能技术提供关键材料与设计思路。

HEPS在充放电中发生可逆电化学重构原位生成高熵合金，M-N键持续锚定纳米颗粒，NC 基质抑制元素偏析，为优异循环稳定性提供结构支撑。

应用场景拓展至柔性储能领域，HEPS/NC||PB柔性袋式电池在折叠状态下仍能稳定供电，适配柔性可穿戴电子设备，为高容量、高稳定性柔性储能技术提供材料支撑。

An agro-bionic approach to co-chelating ultrafine high-entropy metal phosphosulfide nanoparticles for superior Li/K-ion storage