近日，我院纪效波教授在国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.202410420)发表题目为“Confined Element Distribution with Structure-driven Energy Coupling for Enhanced Prussian Blue Analogue Cathode”的研究论文。中南大学化学化工学院为第一完成单位，纪效波教授为通讯作者，硕士生胡新宇为第一作者。

组分高度可调制的普鲁士蓝类似物（PBAs）被认为是多种储能体系种的重要前体和关键电极。作为钠离子电池正极材料，高理论比容量的锰基普鲁士蓝（Na₂Mn[Fe(CN)₆]）面临着Jahn-Teller效应引发的结构劣化和水电解驱动的电压振荡（能量耦合效应）。目前，传统的组分优化策略通过设计TMN₆八面体中心原子的种类和相对含量，单向地抑制了源于MnN₆八面体的应力积累和释放，这导致正极材料的结构稳定性存在上限。因此，进一步发展普鲁士蓝类似物的组分可调特性，扩大其改性边界，对于开发先进普鲁士蓝类似物正极材料具有重要意义。

本研究受Irving-Williams序列（Mn²⁺ < Fe²⁺ < Co²⁺ < Ni²⁺ < Cu²⁺ > Zn²⁺）启发，构建了络合剂（C₅H₇O₅COO^3‒）与[Fe(CN)₆]^4‒之间的配位竞争关系，确定了过渡金属离子（Ni²⁺、Fe²⁺和Mn²⁺）的沉淀顺序，限制了TMN₆八面体中心位点的元素分布，从而同时增强了正极材料的结构稳定性和电化学稳定性。其中，电化学活性且无Jahn-Teller效应的Fe²⁺被选择伴随Mn²⁺形核以平衡应力分布，零应变Ni²⁺被约束生长在颗粒表面以抑制应力释放，同时缓解了结构应力的局域化富集和释放，并且显著提高了正极材料的结构稳定性。此外，元素的限域分布引发了一种非常规的能量耦合效应，覆盖了由水电解型能量耦合效应造成的工作电压波动。不仅如此，与传统的能量耦合效应相比，非常规能量耦合效应具有更好的电化学稳定性、抗极化能力和客体离子输运能力。本研究展示了组分可调特性的一种前沿案例，有助于指导普鲁士蓝类似物的组分设计工程。

该项研究得到了国家自然科学基金杰出青年项目、国际合作项目等的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202410420

(一审：尹亮亮  二审：侯红帅  三审：纪效波)