王建淦教授Energy Storage Materials：介质介导高晶态普鲁士蓝助力高效储钠

第一作者：马洪皓，姜明炜

通讯作者：王建淦

单位：西北工业大学

针对以上科学问题，西北工业大学王建淦教授团队在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Medium-mediated high-crystalline Prussian blue toward exceptionally boosted sodium energy storage”的研究型文章。该工作提出了通过调控合成介质来改善PB结晶度的策略。作者发现，作为一种长链高分子配位剂，聚丙烯酸钠（PAA）能够为构筑PB晶体提供强配位和高粘性环境，可以有效减缓PB的形核与生长速率，从而提高其结晶度。凭借完整的晶体结构，该正极材料在30 C的大电流密度下可以释放105 mAh g^-1的比容量，并能够在10 C的电流密度下稳定循环1000圈。本工作所提出的介质调控策略对加速发展PB/PBAs基钠离子电池的开发具有重要的理论指导意义。

PB的结晶度与形核及生长过程密切相关。然而，先前的研究工作仅仅关注了配位剂对金属离子配位能力的强弱，忽视了离子的扩散能力对晶体的形核及生长过程的影响。为选择更有效的配位剂，作者同时考虑了配位强度与粘度两个因素，遴选出了PAA作为新型配位剂。兼具高配位强度与高粘性的PAA有望在极低用量的前提下辅助合成高结晶度PB。

相比于传统方法制备的PB（LC-PB），由PAA辅助合成的高结晶度立方相PB（HC-PB）具有更低的晶体水含量。结合电感耦合等离子体测试结果进一步揭示了HC-PB和LC-PB的分子式分别为Na_0.96Fe[Fe(CN)₆]_0.93·0.96H₂O和Na_0.82Fe[Fe(CN)₆]_0.79·3.5H₂O，表明HC-PB具有更低的缺陷浓度，说明PAA能够通过调控反应介质，显著提升PB的结晶度。

在钠离子半电池测试中，HC-PB表现出优异的循环稳定性与高倍率性能。该材料在0.2 C的电流密度下循环表现出140 mAh g^-1的高比容量，在30 C的大电流密度下仍然能够保持105 mAh g^-1的高比容量。该优异的倍率性能高于其他文献中报道的PB的性能。此外，在大电流密度10 C下展现了1000次的长循环寿命，容量保持率达94.6%。

为了探寻HC-PB的元素价态及晶体结构在充放电过程中的变化，作者首先通过原位拉曼测试技术对HC-PB在充放电过程中的元素价态变化进行分析。结果表明，HC-PB的铁离子经历了由二价到三价的可逆价态变化。此外，作者结合离位XRD与dV/dQ测试结果揭示了晶体在充放电过程中的立方-菱方可逆两相相变。元素价态与晶型的可逆变化保证了HC-PB的循环稳定性。

为了验证HC-PB的实际应用潜力，作者组装了基于HC-PB正极和硬碳（HC）负极的钠离子全电池器件。该器件在1.4-3.9 V的电压范围内比容量可达107 mAh g^-1，工作电压为2.8 V，同时具有优异的循环性能和倍率性能。

Medium-mediated high-crystalline Prussian blue toward exceptionally boosted sodium energy storage

王建淦教授简介：西北工业大学教授，博士生导师，主要从事电化学能源材料与器件的基础应用研究，近年来重点开展了钠离子电池（普鲁士蓝正极、硬碳负极）和锌离子电池（二氧化锰正极、无枝晶锌负极）关键电极材料的基础研究及产业化应用。迄今在Progress in Materials Science, Energy Environ. Sci., Mater. Today, ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Energy Storage Mater. 等多个国际高水平刊物上发表学术论文140余篇，引次数超过10000，ESI高被引论文22篇，热点论文2篇，H因子54；受邀撰写英文专著1章。

马洪皓，西北工业大学材料学院纳米能源材料研究中心硕士研究生，主要从事普鲁士蓝及其类似物的储能研究工作。

姜明炜，西北工业大学材料学院纳米能源材料研究中心博士研究生，课题方向为钠离子电池用普鲁士蓝基电极材料的结构设计。