Rational Design of Multinary Metal Chalcogenide Bi0.4Sb1.6Te3 Nanocrystals for Efficient Potassium Storage

材料科学 硫系化合物 纳米晶 石墨烯 拉曼光谱 纳米技术 硫族元素 电化学 三元运算 化学工程 冶金 结晶学 电极 物理化学 化学 工程类 物理 计算机科学 光学 程序设计语言
作者
Longhai Zhang,Jiatu Liu,Yunming Zhai,Shilin Zhang,Wei Wang,Guanjie Li,Liang Sun,Hongbao Li,Shuo Qi,Shuangqiang Chen,Rui Wang,Quanwei Ma,Justus Just,Chaofeng Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202313835
摘要

Multinary metal chalcogenides hold considerable promise for high-energy potassium storage due to their numerous redox reactions. However, challenges arise from issues such as volume expansion and sluggish kinetics. Here, a design featuring a layered ternary Bi0.4 Sb1.6 Te3 anchored on graphene layers as a composite anode, where Bi atoms act as a lattice softening agent on Sb, is presented. Benefiting from the lattice arrangement in Bi0.4 Sb1.6 Te3 and structure, Bi0.4 Sb1.6 Te3 /graphene exhibits a mitigated expansion of 28% during the potassiation/depotassiation process and demonstrates facile K+ ion transfer kinetics, enabling long-term durability of 500 cycles at various high rates. Operando synchrotron diffraction patterns and spectroscopies including in situ Raman, ex situ adsorption, and X-ray photoelectron reveal multiple conversion and alloying/dealloying reactions for potassium storage at the atomic level. In addition, both theoretical calculations and electrochemical examinations elucidate the K+ migration pathways and indicate a reduction in energy barriers within Bi0.4 Sb1.6 Te3 /graphene, thereby suggesting enhanced diffusion kinetics for K+ . These findings provide insight in the design of durable high-energy multinary tellurides for potassium storage.
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