铁硫化物和铁氮化物价格低廉并且具有较高的初始理论容量,是非常合适的碱金属离子电池负极材料,但是循环过程中铁硫化物和铁氮化物巨大的体积膨胀导致电池循环稳定性较差。研究发现,在纳米级调整材料形态和结构并同时引入碳包覆将改善材料的电化学性能。纳米结构的活性材料可以加快反应动力学,碳包覆能够增强电导率并提供缓冲层,以减轻充放电过程中的巨大体积变化。基于以上结果,我们采用不同的方法来改善铁硫化物和铁氮化物的电化学性能,具体内容如下:首先,我们通过温和的刻蚀方法以及进一步的硫化策略来制备均匀的蛋黄壳Fe₇S₈@C纳米盒,这些纳米盒可作为合适的主体材料来快速且可逆地存储碱金属离子。将其作为负极材料存储锂离子和钠离子时,电池循环200圈后放电容量分别为765.5和491.6 m Ah g^-1。此外,蛋黄壳Fe₇S₈@C纳米盒电极还表现出令人满意的钾离子存储性能。在0.8 M KPF₆电解液中循环50圈具有110.3 m Ah g^-1的高比容量。即使在3 M KFSI电解液中循环100圈,它也可以保持97.8 m Ah g^-1的稳定容量。电化学性能的显著改善得益于Fe₇S₈高的理论比容量、纳米级别的Fe₇S₈活性颗粒、可缓冲大体积膨胀的蛋黄壳结构以及增强导电性和结构稳定性的碳壳。其次,我们通过简单的水热包覆再氮化的方法成功制备了双重包覆的Fe₂N@Ti N@C微米盒,该复合材料展现出优异的锂离子存储性能(循环500圈放电容量为334.8 m Ah g^-1)。双重包覆的独特核壳纳米中空结构有利于锂离子的存储。首先,Fe₂N内核和Ti N壳层的协同效应,提高了锂离子电池的倍率性能,延长了锂离子电池的循环寿命。其次,外部碳层可以有效地减轻应变并缓冲充放电过程中的体积膨胀,增强电极的电导率,促进锂离子和电子的扩散。最后,微米盒结构的形态和尺寸有利于快速稳定的离子传输,在循环过程中,活性材料与电解液具有良好的相容性,可以提供更多的活性位点,降低离子的迁移阻力。最后,利用静电纺丝技术和进一步硫化反应合成出项链状FeS₂@CNFs微米盒。用作钾离子存储时,该项链状FeS₂@CNFs微米盒电极电化学性能出色。循环100圈放电容量分别为255.7和180.2 m Ah g^-1,相应电流密度为100和500m A g^-1。项链状结构产生的内部空隙有利于缓冲循环过程中电极材料的体积膨胀,并有效阻止FeS₂纳米颗粒的聚集。碳纳米纤维进一步增强了复合材料的导电性,有利于循环过程中的电荷传输。