普鲁士蓝类似物框架结构示意图

研究报告节选:

普鲁士蓝类材料储钠能力强，得益于其特殊的结构和氧化还原位点。普鲁士蓝类化合物的结构通式为 NaxM[Fe(CN)6]1–y·y·zH2O（可简写 PBAs），其中 M 表示 Fe、Co、Ni、Mn 等过渡金属元素， 表示 Fe(CN)6 缺陷，x 的范围为 0<x<2，y 的范围为 0<y<1，其理论充放电比容量可达到 170mAh/g，远高于层状氧化物材料（120-150mAh/g）和聚阴离子化合物（≈120mAh/g），这主要是得益于其特殊的结构和氧化还原位点。结构上，普鲁士蓝类化合物通常呈面心立方结构，过渡金属离子和 Fe2+离子分别与 CN-中的 N 和 C 原子配位，形成内部为正八面体组成的三维刚性框架结构，该结构具有开放的离子扩散通道和宽敞的间隙空间，可为 Na+在晶格中进行脱嵌带来便利，表现为该类材料高的离子扩散系数（10-9cm2/s-10-8cm2/s）。氧化还原位点上，由于普鲁士蓝类化合物一般有两个不同的氧化还原活性中心，分别为 Fe2+/Fe3+和 M2+/M3+离子对，这两个氧化还原活性中心可独立完整的实现氧化还原过程，因此普鲁士蓝类化合物在充放电过程中能实现 2 个 Na+的可逆脱嵌，其理论充放电比容量可达到 170mAh/g。