均勻分布在載體上的復(fù)雜金屬納米顆粒表現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，因此引起了廣泛的應(yīng)用關(guān)注。常用的濕化學(xué)方法在同時實現(xiàn)納米粒子結(jié)構(gòu)設(shè)計和均勻分散方面存在局限性。固相合成是一種有趣的策略，可以實現(xiàn)在載體上制造復(fù)雜的金屬納米顆粒。

在此，中國科學(xué)院大連化物所劉健，中國科技大學(xué)余彥，太原理工大學(xué)省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室章日光等人開發(fā)了固相合成策略，以精確合成均勻分布的CoFe@FeOxccore@shell納米顆粒。其中，F(xiàn)e原子優(yōu)先從CoFe合金塊體中溶出到表面，然后在熱合成氣氣氛下滲碳成FexC殼，隨后將形成的FexC殼通過空氣鈍化，得到具有CoFe合金核和FeOx殼的CoFe@FeOx。

該策略對于 MFe@FeOx（M = Co、Ni、Mn）的合成是通用的。CoFe@FeOx作為Li-S和Na-S電池的隔膜涂層，在調(diào)節(jié)多硫化物方面表現(xiàn)出雙功能效應(yīng)。因此，該策略可以開發(fā)成固相合成系統(tǒng)來構(gòu)建分布良好的復(fù)雜金屬納米顆粒。

圖1. 理論模擬

總之，該工作開發(fā)了一種固相合成策略，通過熱合成氣處理精確合成了分散良好的 CoFe@FeOx 核@殼 NPs。CoFe@FeOx 具有 CoFe 合金核和 FeOx 殼，合成的 CoFe@FeOx 作為Li-S 和Na-S 電池中商用隔膜的改性層具有很高的性能。

得益于 CoFe@FeOx 的吸附性和導(dǎo)電性 CoFe 合金內(nèi)核，多硫化物的穿梭得到了很好的抑制，多硫化物的轉(zhuǎn)化過程也得到了顯著增強。Na-S 電池的循環(huán)壽命長達 1200 次，庫侖效率接近 100%。因此，該種固相合成策略不僅限于在熱合成氣條件下合成鐵基納米粒子，還可以發(fā)展成固相合成系統(tǒng)，構(gòu)建復(fù)雜的金屬納米粒子。

圖2. 電池性能

Precise solid-phase synthesis of CoFe@FeOx nanoparticles for efficient polysulfide regulation in lithium/sodium-sulfur batteries, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-42941-9