Rational Design of Cobalt‐Based Prussian Blue Analogues via 3 d Transition Metals Incorporation for Superior Na‐Ion Storage

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作者
Zhongxin Jing,Muhammad Mamoor,Lingtong Kong,Lu Wang,Bin Wang,Ming Chen,Fengbo Wang,Guangmeng Qu,Yueyue Kong,Dedong Wang,Xiyu He,Chang Wang,Xintong Zhang,Yufei Zhang,Gang Wang,Liqiang Xu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (15): e202423356-e202423356 被引量:21
标识
DOI:10.1002/anie.202423356
摘要

Abstract Understanding the relationship between structure regulation and electrochemical performance is key to developing efficient and sustainable sodium‐ion batteries (SIBs) materials. Herein, seven Cobalt‐M‐based (M=V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) Prussian blue analogues (CoM‐PBAs) are designed as anodes for SIBs via a universal low‐energy co‐precipitation approach with the strategic inclusion of 3d transition metals. Density Functional Theory (DFT) simulation and experimental validation reveal that a moderate p ‐band center of cyanide linkages (−CN−) is more favorable for Na + intercalation and diffusion, while the d ‐band center of metal cations is linearly related to electrode stability. Among seven CoM‐based PBAs, CoV‐PBAs possess the best sodium‐ion adsorption/diffusion kinetics and overall cycling performance, including high specific capacity (565 mAh/g at 0.1 A/g), cycling stability (over 15000 cycles with 97.7 % capacity retention), and superior rate capability (174.7 mAh/g at 30 A/g). In situ / ex situ techniques further demonstrate that the π‐electron regulation by V introduction enhances the reversibility and kinetics of redox reactions. Moreover, the study identified the “ p ‐band center” and “ d ‐band center” may serve as key descriptors for quantifying the capability and stability of other‐type bimetal Co‐based anodes (oxides, phosphides, sulfides, and selenides) with similar theoretical capacity, offering a potentially transformative approach for selecting practical SIB electrode materials.
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