《Journal of Energy Storage》：Facile template synthesis of interconnected carbon-encapsulated ZnSSe anodes for high-performance potassium-ion storage
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•通过一种简便的模板策略制备了互联的碳包裹 ZnSSe 复合材料。•碳网络缓冲了体积膨胀，而 Se 掺杂增强了反应动力学。•组装的钾离子全电池提供了耐用的钾存储性能。引言钾离子电池（PIBs）已成为大规模储能系统最有希望的候选者之一，这得益于地球上丰富的钾资源、低成本以及 K
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通过一种简便的模板策略制备了互联的碳包裹 ZnSSe 复合材料。
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碳网络缓冲了体积膨胀，而 Se 掺杂增强了反应动力学。
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组装的钾离子全电池提供了耐用的钾存储性能。
引言
钾离子电池（PIBs）已成为大规模储能系统最有希望的候选者之一，这得益于地球上丰富的钾资源、低成本以及 K+/K（-2.93 V vs. SHE）有利的氧化还原电位，后者可与 Li+/Li 相比。这些优势使 PIBs 在成本和资源可用性至关重要的应用中成为锂离子电池的潜在替代品 [1], [2], [3], [4]。然而，K+ 较大的离子半径（1.38 ?）显著限制了其在电极材料中的扩散动力学，并在重复嵌入/脱嵌过程中引起严重的体积膨胀。与锂离子和钠离子不同，较大的钾离子对电极结构施加了更大的机械应力，导致容量迅速衰减和循环稳定性差 [5], [6], [7]。这些挑战对于转化型负极材料尤为突出，它们在循环过程中会发生显著的相变和体积变化，难以实现实际应用所需的长期耐用性和高倍率能力。
在各种转化型负极材料中，硫化锌（ZnS）因其高理论容量、环境友好、天然丰富和低成本而引起了相当大的关注。然而，原始 ZnS 电极遭受剧烈的体积膨胀和严重的颗粒粉化。这些问题导致容量快速衰减、倍率性能差以及最终的电极结构坍塌 [8], [9], [10]。为了克服这些缺点，大量的研究工作致力于开发有效的策略。纳米结构工程，如合成纳米棒、纳米片或中空结构，可以在一定程度上缩短离子扩散路径并容纳体积变化 [11], [12], [13], [14]。与碳材料复合可增强电子电导率并提供缓冲基质。元素掺杂是另一种有前途的方法 [15], [16]。特别是，用 Se 部分取代 S 形成 ZnSSe 与 ZnS 或 ZnSe 相比，提供了增强的电导率、改进的反应可逆性和优化的 K+ 扩散动力学，同时保持成本与性能之间的平衡。此外，在活性材料周围构建坚固的碳封装层不仅缓冲了体积膨胀，还抑制了颗粒团聚并在长期循环中保持结构完整性 [17], [18], [19]。尽管取得了这些进展，开发简单、可扩展且经济高效的高性能 ZnSSe 基负极合成方法仍然是一个重大挑战。
在此，我们报道了一种简便的模板策略，用于合成用于耐用钾离子存储的三维互联碳包裹 ZnSSe（记为 ZnSSe@C）负极。使用 ZnCO3 作为自牺牲模板，苯硫脲作为碳和硫源，我们首先获得 ZnS@C，随后通过低温硒化将其转化为具有完整碳涂层的 ZnSSe@C。所得复合材料具有坚固、超薄的碳网络，紧密包裹 ZnSSe 纳米颗粒，有效减轻体积膨胀并抑制颗粒团聚。此外，硒的引入改善了反应可逆性并促进了快速的 K+ 扩散动力学。得益于这些结构优势，ZnSSe@C 负极表现出高可逆容量和卓越的循环稳定性。与 PTCDA 正极配对的全电池进一步证明了其实际可行性。这项工作为构建用于先进钾离子电池的高性能碳限域负极提供了一条直接的模板引导路线。
章节片段
材料合成
ZnCO3 的制备：通常，将 0.05 mol ZnCl2 溶解在 50 mL 65 °C 的去离子水中，命名为溶液 A。然后，将 0.13 mol NH4HCO3 溶解在 50 mL 去离子水中，命名为溶液 B。将溶液 B 缓慢加入溶液 A 中，连续搅拌 12 小时直至完全沉淀。洗涤后，在 80 °C 下干燥 12 小时得到最终的 ZnCO3。
ZnS@C 和 ZnSSe@C 的制备：将 0.6 g ZnCO3 分散在 100 mL 乙醇中并超声处理
结果与讨论
如图 1a 所示，ZnSSe@C 复合材料是通过一种简便的合成路线制备的。最初，ZnCO3 充当自牺牲模板。在加热过程中，它首先分解成 ZnO，原位形成的 ZnO 随后与苯硫脲（PTC，作为碳和硫源）反应形成 ZnS@C（图 S1-S3）。最后，硒化过程产生了 ZnSSe@C 复合材料，同时有效地保留了碳涂层。扫描电子显微镜（SEM）图像在
结论
总之，我们通过一种简便的模板策略，利用 ZnCO3 作为自牺牲模板，成功开发了一种三维互联碳包裹 ZnSSe 负极（ZnSSe@C）。超薄且连续的碳网络紧密包裹 ZnSSe 纳米颗粒，有效缓冲体积膨胀，抑制颗粒团聚，并在循环期间保持结构完整性。此外，ZnSSe 中的 Se 掺杂增强了电子电导率并促进了可逆
CRediT 作者贡献声明
Yongxu Du：写作 – 初稿，资金获取，概念构思。Shuting Zhang：调查。Fuhong Xin：数据整理。Wentao Li：写作 – 审阅与编辑，软件。Yujing Zhu：写作 – 审阅与编辑，资金获取。Jie Wang：软件，数据整理。Denghu Wei：写作 – 审阅与编辑，方法论。Xianghua Zhang：写作 – 审阅与编辑，数据整理。Chuanyu Jin：写作 – 审阅与编辑，形式分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文报道的工作。
致谢
这项工作得到了山东省自然科学基金（ZR2025QC603）和中国国家自然科学基金（52404321）的支持。
Yongxu Du|Shuting Zhang|Fuhong Xin|Wentao Li|Yujing Zhu|Jie Wang|Denghu Wei|Xianghua Zhang|Chuanyu Jin
