近日，我中心通过原位工况穆斯堡尔谱技术揭示普鲁士蓝正极材料中的低自旋铁激活机制，为钠离子电池的容量提升提供了新思路。

钠离子电池因资源丰富、价格低廉、安全性高在大规模储能领域具有广阔的应用前景。普鲁士蓝类材料由于具有高理论比容量、快速的离子扩散速率而被广泛研究。但普鲁士蓝中低自旋铁的不完全反应通常会造成其实际比容量较低，限制其应用。

本工作中，研究团队通过氮气气氛下高温焙烧的方法制备了一种菱面体相普鲁士蓝，其作为正极的钠离子电池表现出明显更长的高压放电平台，在第一个循环与第五个循环由低自旋铁贡献的比容量分别为65、62 mAh g^-1，远高于原始材料的38、22 mAh g^-1。此外，本工作通过原位工况⁵⁷Fe穆斯堡尔谱、准原位软X射线吸收谱，结合DFT计算对该材料中的低自旋铁激活机制进行探究。一方面，焙烧材料在半充满电状态下，高自旋铁向低自旋铁转移电子，导致自旋转变现象的发生。同时，处于富电子态的低自旋铁电位更低，更容易发生氧化反应。另一方面，焙烧材料具有更窄的禁带宽度，因此有利于电子的跃迁。二者协同使低自旋铁发生激活，显著提升普鲁士蓝正极材料的比容量及比能量。该工作为开发高比容量、高比能量的普鲁士蓝正极提供了新思路。

相关成果以“Charge Transfer Induced Highly Active Low-spin Iron of Prussian blue Cathode through Calcination Strategy for High Performance Sodium-ion Batteries”为题，发表在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal) 上。该工作的第一作者是我中心博士研究生王子楠。该项工作得到国家自然科学基金、中国科学院全球共性挑战专项、国际合作伙伴计划重点项目、仪器设备功能开发技术创新项目、国际人才计划等项目的资助。（文/图 王子楠）

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151090