东北师范大学刘炳求/吉林农业大学张琪Green Chem.：高熵策略调控普鲁士蓝类似物d带中心，实现水系钾离子电池超长循环稳定性

第一作者：闵福平

通讯作者：张琪*，李鹿*，刘炳求*

单位：东北师范大学，吉林农业大学

水系钾离子电池（APIBs）因其高能量密度、高安全性和低成本等优势，成为下一代储能系统的研究热点。然而，由于钾离子尺寸较大且水系电解质的高介电性，电极材料在循环过程中易发生结构溶解，导致循环寿命较差。普鲁士蓝类似物（PBAs）因其多活性位点和可调的化学组成被视为理想的正极材料，但其结构稳定性和电子导电性仍有待提升。传统策略如过渡金属掺杂和缺陷工程虽能部分改善性能，但如何在电子层面增强材料的结构稳定性仍是一个巨大挑战。

近日，来自东北师范大学的刘炳求团队与吉林农业大学的张琪合作，在国际知名期刊Green Chemistry上发表题为“D-band center modulation of Prussian Blue Analogues through high-entropy strategy for aqueous potassium-ion batteries”的观点文章。该观点文章采用高熵策略调控Fe基PBAs的d带中心，优化其电子结构，以增强Fe-N键强度并降低K⁺扩散能垒，所设计的高熵Fe基PBAs（HEFeHCF-1）在30 M KFSI电解液中实现了水系钾离子电池的超长循环稳定性。

采用共沉淀法成功制备了面心立方高熵材料。理论计算表明，高熵策略优化了电子结构：Fe-N键的成键轨道电子增多而反键轨道减少，键的强度提升；d带中心上移1.68 eV促进电子填充成键轨道。这种调控既增强了Fe-CN键，又通过降低金属配位数削弱π*反键轨道反馈，从而稳定C≡N键，为高熵材料设计提供新策略。

高熵普鲁士蓝HEFeHCF-1在30M KFSI"盐包水"电解液中展现出优异的电化学可逆性和倍率性能，即使在5 A g^-1高电流密度下循环10,000次后，容量保持率仍高达85.9%，单圈容量衰减率仅为0.0014%。

原位XRD显示该材料在充放电过程中晶体结构可逆性，高熵设计使带隙从2.56 eV显著降低至0.57 eV，大幅度提升了导电性；理论计算证实高熵材料中K⁺通过协同扩散机制传输，扩散势垒仅为0.47 eV。

将高熵材料应用于全电池中，以HEFeHCF-1为正极、PTCDI为负极构建了水系钾离子全电池，表现出优异的倍率性能和超长循环寿命（2 A g^-1下10,000次循环容量保持率84.5%）。

D-band center modulation of Prussian Blue Analogues through high-entropy strategy for aqueous potassium-ion batteries