《Inorganic Chemistry Communications》：Surface corrosion engineering enables Fe doped Ni
3S
2 self-supporting electrode with high capacity and long life for aqueous zinc-ion batteries
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水系锌离子电池中自支撑Fe掺杂Ni3S2纳米花电极的制备及其高能量密度和循环稳定性研究。
周恩祥|张玉欣|姜鹏|张晔|卢喜红|蔡思宇|孙迅|田红星|王毅|陈芳
贵州大学化学与材料工程学院，中国贵州省贵阳市550005
摘要
基于环境可持续性、热稳定性和机械稳定性的优势，水系锌离子电池（AZIBs）在储能领域逐渐受到关注。本文通过简单的水热法成功制备了一种自支撑的Fe掺杂Ni3S2电极，作为AZIBs的有效正极。值得注意的是，Fe掺杂可以有效提高Fe-Ni3S2（FNS）电极的导电性和活性位点，从而增强其电化学性能。当FNS正极与Zn负极结合构成AZIBs时，所得FNS/NF//Zn电池在3.5 mW cm?2的功率密度下表现出优异的能量密度（0.68 mWh cm?2）和卓越的循环稳定性（1000次充放电后容量保持率为86.96%）。这些发现为设计基于Ni3S2纳米花的自支撑电极提供了参考，这种电极在创新储能系统中的应用前景广阔。
引言
有限的化石燃料和日益恶化的环境状况导致了全球能源短缺[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。因此，开发高效的储能系统成为研究的重点。锂离子电池（LIBs）在便携式电子产品中占据了主导地位[[7], [8], [9], [10]]，但由于其有限的功率密度和电解质的易燃性，其发展面临挑战[[11,12]]。在这种情况下，可充电的AZIBs作为一种有吸引力的替代品逐渐受到重视[[13], [14], [15], [16]]，这主要归因于锌金属的高理论容量（824 mAh g?1或5855 mAh cm?33S2，由于其优异的导电性，被认为是非常有前途的AZIBs正极材料。例如，胡等人[[30]]开发了一种使用自支撑Ni3S2纳米片/镍泡沫作为正极的镍锌电池，在5 A g?1的电流密度下实现了68 mAh g?13S2纳米复合材料，当这种纳米复合材料用于AZIBs正极时，可在20 A g?1?1
本文报道了一种简便的腐蚀工程策略，可以直接将商用镍泡沫（NF）转化为Fe掺杂的Ni3S2（FNS）纳米花，作为AZIBs的高能量正极。具体而言，通过在富含Fe3+的水溶液中腐蚀NF来实现无粘结剂正极的制备，大大简化了传统水热法制备掺杂金属阳离子纳米材料的复杂过程。与非掺杂的Ni3S2（NS）相比，制备的FNS纳米花具有更多的氧化还原活性位点和更强的离子吸附能力。因此，FNS/NF//Zn电池表现出出色的循环性能和高能量密度。
实验部分
实验
所有试剂均为分析纯，无需额外纯化即可使用。首先，镍泡沫依次用丙酮（去除有机污染物和油脂）、3 M HCl（去除表面氧化物）和去离子水清洗30分钟。然后，在60°C下干燥，准备进一步使用。
结果与讨论
如图1所示，无粘结剂的X-Fe-Ni3S2材料是通过简单的水热法直接在NF上制备的。FNS/NF自支撑电极的制备分为两个步骤：表面腐蚀和硫化。腐蚀过程是通过将NF浸入含有Fe(NO3)3和NaS2O3的水溶液中实现的，随后进行溶剂热处理。
结论
总之，本文提出了一种经济高效的腐蚀工程策略，用于制备先进的FNS正极。Fe掺杂显著增加了FNS的活性位点并提升了Zn2+的吸附能力。Zn/FNS电极在3.5 mW cm?2?2?2
作者贡献
本文由所有作者共同撰写。所有作者均同意最终版本的稿件。
CRediT作者贡献声明
周恩祥：撰写 – 原稿撰写、可视化、软件处理、数据管理、概念构思。张玉欣：数据管理。姜鹏：撰写 – 审稿与编辑、指导。张晔：数据管理。卢喜红：撰写 – 审稿与编辑、指导。蔡思宇：撰写 – 审稿与编辑、原稿撰写、指导、资金获取。孙迅：撰写 – 审稿与编辑、指导。田红星：指导、资金获取。王毅：
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了贵州省高层次创新型人才计划-GCC（[2023]055）、贵州省高校先进低维绿色储能材料重点实验室（[2022]056）、贵州省高等教育机构水离子电池材料研究与创新团队（[2023]081）、贵州省青年科学技术人才（自然科学）项目（资助/奖励编号：QianJiaoji [2024] No.194）以及贵州省基础研究的支持。
周恩祥目前就读于贵州大学材料科学与工程学院，主要从事纳米结构材料在水系可充电电池中的应用研究。
