生化学院教师叶佳佳在Journal of Alloys and Compounds期刊发表文章

钾离子电池（KIBs）作为传统锂离子电池（LIBs）的一种替代品，由于其钾资源丰富且成本效益高、氧化还原电位低以及与锂离子电池的转换机制相似等优点，引起了研究者们的极大兴趣。然而，由于钾离子的尺寸较大，因此在嵌入/脱出过程中，往往会导致电化学动力学缓慢，活性材料的体积变化较大，从而导致循环过程中的倍率性能不理想和容量快速衰减。因此，开发一种结构坚固、能提供大晶格间距、高结构稳定性和快速动力学的负极材料对于钾离子电池的发展至关重要。过渡金属碲因其理论容量高，储钾效果好，已成为钾离子电池的最佳负极材料，但碲及碲化物大的体积膨胀率对钾存储动力学造成了重大阻碍，从而影响了电极材料的放电性能和长循环稳定性。为解决这一问题，异质结的构造因其独特的电子和结构特性而备受关注。异质结是由两种或两种以上不同的材料在其界面上整合形成的，从而产生了一个新的区域，其特性与单个元件的特性不同。与单个成分相比，异质结具有更出色的电化学存储能力。异质界面通过产生内在电场，加快了离子传输动力学。最后，它还能起到缓冲区的作用，通过化学键和静电力等强有力的相互作用来适应体积膨胀并保持结构完整性。因此，在构建异质结时，必须考虑各相的取向关系，以有效解决与钾离子存储相关的动力学难题。

鉴于此，生化学院教师叶佳佳与北京化工大学宋继彬教授进行合作研究，并在《Journal of Alloys and Compounds》期刊（中科院2区，IF=5.8）发表了题为“Three-dimensional MoS₂ nanosheets embeded within NiTe nanorods forming semicoherent heterojunctions achieving high-performance potassium-ion batteries”的文章。该项实验同时得到生化学院教师王子凡与李文思协助。

该工作通过一步水热法合成了嵌入NiTe纳米棒的三维MoS₂纳米片，并进一步包覆碳层，形成NiTe@MoS₂@C复合材料，从而形成半相干异质结。NiTe和MoS₂之间形成的异质结具有适度的晶格错配度，从而提供了更稳定的整体结构。同时，NiTe与MoS₂的结合自然形成了内置电场，增强了电极材料的离子传输和导电性。此外，牢固结合的碳层不仅增强了结构的完整性，还提高了复合材料的导电性。这种双重功能有效缓解了NiTe@MoS₂的体积膨胀，并加速了钾离子的扩散动力学。NiTe@MoS₂@C复合材料具有增强的界面相互作用和丰富的异质结构，从而产生了优异的可逆性以及快速的钾离子电池电化学动力学。此外，密度泛函理论（DFT）计算还验证了NiTe@MoS₂异质结具有高吸附能和卓越的电子传导性，从而深入揭示了钾离子在NiTe@MoS₂@C异质结中的快速传输。这项研究的成果为开发高倍率钾离子电池提供了新的策略，有助于推动高能充电电池技术的发展。

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撰稿人：何文

审核人：高星