锂离子电池（LIBs）由于其高能量密度广泛用于便携式电子设备和电动汽车，但是，高成本以及锂资源逐渐匮乏阻碍了其快速发展。因此，发展低成本、稳定、安全的金属离子电池代替LIBs非常重要。最近的研究成果表明，钾离子电池（PIBs）代替LIBs作为下一代二次电池具有成本低、五毒、资源丰富、低氧化电压等优势。但是，设计稳定和高容量的纳米碳以实现大尺寸K+的有效嵌入/脱嵌是钾离子电池（PIBs）的一个巨大挑战。
近日，北大郭少军课题组通过电纺ZnO纳米球、PAN和DMF构筑了一类超高吡咯/吡啶-N-掺杂的项链状中空碳（NHC）材料作为新型高性能自支撑PIBs负极材料。制成的NHC薄膜具有丰富的分级微/介孔/大孔、项链状中空结构、超高的吡咯/吡啶-N掺杂和高比表面积，可促进K+的嵌入/嵌出，抑制体积膨胀，有效改善了PIBs稳定性。DFT计算表明，吡咯和吡啶-N掺杂可以有效地改变碳的电荷密度分布，促进K+向NHC电极的吸附，从而促进K+存储。NHC在100 mA g-1时具有293.5 mAh g-1的高可逆比容量，优异的倍率（2000mA g-1时为204.8 mAh g-1）和良好的循环性能（1000 mAh g-1电流密度下经过1600次循环后容量为161.3mAh g-1）。相关研究成果以“Freestanding Film Made by Necklace-like N-doped Hollow Carbon with Hierarchical Pores for High-performance Potassium-Ion Storage”为题目发表于国际著名期刊Energy & Environmental Science（影响因子：30.067）
图1 自支撑PIBs负极材料的制备过程示意图。
图2 NHC2-NH3/Ar材料的结构和组成表征。
图3 NHC材料的电化学性能。
