Small:结构决定性能-化学及结构特性对普鲁士蓝同系物储能应用的影响

由于石化燃料的日渐枯尽,环境污染等问题日益加重,全球科学工作者努力地研发使用绿色能源:阳光、水、风能。但是,这些绿色能源具有间歇性,从而制约其使用。因此,需要研发廉价的储能系统来辅助这些绿色能源的使用。目前,常见的储能系统有:碱金属离子电池(Li, Na, K),金属-空气电池等。在这些储能系统中,常用的电极材料有:磷酸盐、层状氧化物、普鲁士蓝同系物、磷化物、硫化物、氮化物、碳化物等。普鲁士蓝同系物由于合成简单、环境友好、价格便宜等优点在众多的电极材料中引起了极大的关注。

普鲁士蓝同系物最早是以一种颜料被发现,其分子式:AxT[M(CN)6]·nH2O (A:碱金属离子;T=Fe, Co, Ni, Mn, Zn, Cu, Mg, etc.; M=Mn, Fe, Co)。由于普鲁士蓝的分子框架中含有碱金属离子,所以其可作为正极材料而被应用在碱金属离子电池中;由于其在水溶液体系中合成,使其具有一些缺陷及结晶水,从而可以储备氢能源;同时,由于分子框架中含有丰富的金属原子,因此普鲁士蓝可用在电催化方面(HER/OER)。已发表的关于普鲁士蓝同系物的综述都是侧重在其合成及在钠离子电池中的应用。然而,目前为止,没有一篇综述详细阐述普鲁士蓝的结构、化学特性及其对储能应用的影响。

澳大利亚卧龙岗大学超导与电子材料研究所李维杰博士详细介绍了普鲁士蓝同系物的化学及结构特性对其应用的影响。该综述核心内容:1)介绍普鲁士蓝的三种合成方法;2)总结了普鲁士蓝的晶体结构、结晶水、缺陷、空位等性质;3)总结了其化学特性:可以进行阳、阴离子置换,电化学反应特性;4)概括其在能源领域的应用:碱金属离子电池 (Li+, Na+, K+)、多价态离子电池 (Zn2+, Ba2+,Ca2+, Mg2+)、HER、OER、储氢等方面;5)总结其结构及化学特性对其应用的利弊影响。所以,普鲁士蓝同系物这个体系在能源应用方面具有很大潜力。

研究者相信,普鲁士蓝同系物在K离子电池及Zn离子电池应用方面具有较大的前景,然而在这些方面的研究仍处在初期阶段,后续大量的工作有待再继续。相关综述在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201900470)上。