杨程副研究员、刘宇研究员，Angew.观点：沉淀转化合成高比容量普鲁士蓝钠电正极

第一作者：刘家和

通讯作者：杨程*，刘宇*

单位：中国科学院上海硅酸盐研究所，中国科学院大学

钠离子电池因其资源丰富、成本低廉的特性而备受瞩目，展现出广泛的应用前景。在当前对钠离子电池正极材料的研究中，普鲁士蓝及其类似物以低成本和开放框架为特点，在多个领域得到广泛应用，尤其在作为钠离子电池正极材料方面具有显著潜力。然而，目前应用于钠离子电池正极的普鲁士蓝其比容量与理论值之间仍存在明显差距。

近日，来自中国科学院上海硅酸盐研究所的杨程副研究员和刘宇研究员，在国际知名期刊Angewandte Chemie - International Edition上发表题为“Vacancies-regulated Prussian Blue Analogues through Precipitation Conversion for Cathodes in Sodium-ion Batteries with Energy Densities over 500 Wh/kg”的研究文章。该文章在此，我们提出[Fe(CN)₆]空位是实现高比容量普鲁士蓝的关键。另外，[Fe(CN)₆]空位还可能产生净电子并减少离子传输的障碍，这会增加其电子和离子电导，从而在一定程度上有助于提升普鲁士蓝的倍率性能。

为充分了解[Fe(CN)₆]空位对普鲁士蓝比容量的影响，已通过调节合成溶液中[Fe(CN)₆]⁴⁻/Fe²⁺的比例，采用共沉淀法制备了一系列具有不同[Fe(CN)₆]空位的普鲁士蓝。结果显示，在一定的范围内，[Fe(CN)₆]空位有助于提高普鲁士蓝的比容量，并且能提升其倍率性能。通过调节[Fe(CN)₆]的空位，这一思路为提升普鲁士蓝性能提供了一种新的途径。

为解决在共沉淀合成过程中涉及螯合剂和水资源浪费的问题，该团队提出了一种创新的沉淀转化方法。这一方法利用不同物质在有机溶剂中的溶解度差异，以实现对反应物浓度和合成产物的双重控制。最后，成功地合成了含有一定数量[Fe(CN)₆]空位的、具有中空形貌的普鲁士蓝。并且其储钠性能达到了全新的高容量（在25 mA g⁻¹时为168 mAh g⁻¹，接近其理论容量170 mAh g^–1)、高倍率性能（在5 A g⁻¹下为90 mAh g^–1）和高能量密度（超过500 Wh kg⁻¹）。这一沉淀转化的合成策略具有广泛的应用潜力，特别值得在无水普鲁士蓝的制备以及其他材料的合成领域进行深入探索。

Vacancies-regulated Prussian Blue Analogues through Precipitation Conversion for Cathodes in Sodium-ion Batteries with Energy Densities over 500 Wh/kg

刘宇，研究方向为储能二次电池及相关新型能量转换、存储材料与器件，储能机理及相关界面电化学研究。2002年-2008年在日本三重大学、日本电力中央研究院，研究包括锂（离子）电池、燃料电池等相关能源材料与器件技术。2008年获得中国科学院海外高层次人才引进中科院上海硅酸盐研究所，2011年-2015年，承担大容量钠硫电池产业化工作，兼职任上海电气钠硫储能技术有限公司技术总监，建设国内首条MW级钠硫电池中试线、1MWh钠硫储能电站。2016年至今，主导研制固态或准固态（水系）电解质体系的高安全储能电池技术；2项科技成果成功实现转化（单项转化超过3000万元）。2009年入选上海市“浦江”人才，2013年入选国家科技部中青年创新领军人才，2016年入选上海市优秀技术带头人。承担或参与的主要项目包括：中国家自然科学面上基金、上海市经信委重大专项、上海市科委重大专项、中科院重点部署、科技部“973”以及企业横向项目等。发表学术论文57篇（署名为第一作者或通讯作者），获得授权发明专利80余项，授权实用新型专利46项。

杨程，2015年毕业于清华大学化学工程系，获工学学士学位，2020年毕业于上海交通大学材料科学与工程学院，获工学博士学位。博士期间从事无机纳米材料的合成和能源储存与转换方面的研究。2020年加入上海硅酸盐研究所开展博士后研究工作，主要研究方向包括高压水系电解质的设计合成，电极/电解质界面的稳定化设计和电化学机理研究等，研究成果获得江苏省智能电气青年创新创业大赛暨江苏省电机工程学会第二届青年创新创业大赛二等奖，入选2020 年上海市超级博士后人才激励计划。承担或参与的主要项目包括：国家自然科学青年基金、地方科技重大专项以及企业横向项目等。目前，已在Angewandte Chemie International Edition, ACS Energy Letters, Energy Storage Materials, Advanced Functional Materials, Journal of Materials Chemistry A, Chemical Engineering Journal, Small 等SCI 学术刊物上发表论文30 余篇，其中2 篇入选ESI Highly Cited Paper，1 篇为2019 JMR Paper of the Year Award（年度优秀论文）。