Active cation-integration high-entropy Prussian blue analogues cathodes for efficient Zn storage

普鲁士蓝 阴极 单斜晶系 材料科学 过渡金属 氧化还原 电化学 金属 无机化学 纳米技术 结晶学 化学 晶体结构 电极 物理化学 催化作用 冶金 生物化学
作者
Jiangyuan Xing,Yongsheng Zhang,Yang Jin,Qianzheng Jin
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (2): 2486-2494 被引量:58
标识
DOI:10.1007/s12274-022-5020-0
摘要

Mn-based Prussian blue analogues (Mn-PBAs), featuring a three-dimensional (3D) metal-organic framework and multiple redox couples, have gained wide interests in Zn-ion batteries (ZIBs). However, owing to the Jahn-Teller distortion and disproportionation reaction of Mn3+, these materials suffer from poor electrochemical performances and inferior structural stability. Herein, we prepare a typical high-entropy Prussian blue analogue (HE-PBA) with increased configuration entropy through integrating five transition metal elements of Mn, Co, Ni, Fe and Cu into the nitrogen-coordinated -M- lattice sites. Consequently, the HE-PBA presents enhanced uptake of Zn2+ with 80 mAh·g−1 compared to those medium-entropy PBAs, low-entropy PBAs and conventional PBAs, which can be assigned to “cocktail” effect of multiple transition metal active redox couples. Furthermore, a phase transition process from monoclinic phase to rhombohedral phase occurs in HE-PBA cathode, resulting in a stable structure of MN6 (M = Mn, Co, Fe, Ni, Cu) and ZnN4 co-linked to FeC6 through the cyanide ligands. Additionally, the advantages of entropy-driven stability are also confirmed by the calculated reduction energy and the density of states between HE-PBA and KMn[Fe(CN)6] (KMnHCF). This work not only presents a high-performance HE-PBA cathode in ZIBs, but also introduces a novel concept of high entropy benefiting for designing advanced materials.
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