酸蚀刻铁基普鲁士蓝衍生物：高性能钠离子电池正极材料的创新设计与性能突破

为解决普鲁士蓝类似物(Fe-PB)导电性差、结构缺陷多及晶格水含量高等关键问题，中国科学院团队创新性地采用邻苯二甲酸(PA)辅助水热法，成功制备出具有空心层状结构的Fe-PB材料。该材料展现出106.4 mAh g?1 的初始比容量和74.1%的500次循环容量保持率，为高性能钠离子电池正极材料开发提供了新策略。

　　

随着全球能源结构转型加速，钠离子电池因钠资源丰富、成本低廉等优势，成为锂离子电池最具潜力的替代者。然而，其核心瓶颈在于缺乏高性能正极材料。普鲁士蓝类似物(Fe-PB)凭借开放框架结构和高理论容量备受关注，但传统制备方法往往导致材料存在导电性差、晶格缺陷多、结晶水含量高等问题，严重制约其电化学性能。这些缺陷如同"隐形杀手"，不仅阻碍钠离子传输，还会引发结构坍塌，最终造成容量快速衰减。

针对这一挑战，中国科学院的科研团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表创新成果。研究人员独辟蹊径地采用邻苯二甲酸(PA)作为双功能试剂，通过一步水热法同步实现金属离子螯合和结构蚀刻，成功制备出具有空心层状结构的Fe-PB材料。该研究通过调控PA浓度优化材料形貌，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征手段系统分析材料结构特性，并采用恒电流充放电测试评估电化学性能。

酸蚀刻机制与结构调控
研究揭示了PA的双重作用机制：其羧基(-COOH)既能螯合Fe²⁺
离子调控反应动力学，又能通过酸蚀作用形成由外向内渐变的空心层状结构。这种独特结构使比表面积提升至传统材料的2.3倍，钠离子扩散路径缩短40%，同时晶格水含量降低62%。

卓越的电化学表现
优化后的PA-PB-1.6材料在100 mA g^?1
电流密度下展现106.4 mAh g^?1
的初始容量，500次循环后仍保持78.8 mAh g^?1
，容量衰减率低至0.05%/次。倍率性能测试显示，即使在1000 mA g^?1
高倍率下，容量保持率仍达68.5%。

晶格水与稳定性关联
通过热重分析(TGA)和红外光谱(FTIR)证实，PA修饰使材料含水量从13.7%降至5.2%。这种"脱水效应"显著减少了副反应，使库仑效率从初始92.1%提升至循环后的99.8%。

该研究突破了传统改性方法依赖复杂预处理和昂贵试剂的局限，为普鲁士蓝材料提供了普适性制备策略。空心层状结构设计不仅适用于钠离子电池，对钾离子、锌离子等新型电池体系也具有借鉴价值。论文通讯作者Haibo Wang指出，这项成果将推动低成本、高性能储能材料的产业化进程，相关技术已申请中国发明专利。未来研究将聚焦于规模化制备工艺优化和全电池性能验证，加速实现商业化应用。