近日，中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员团队联合泰国同步辐射光源研究所的Kidkhunthod研究员等，发现了具有三棱柱配体场的正极材料结构基因(TMO6, TM为过渡金属原子)。该研究成果以K-Ion Battery Cathode Design Utilizing Trigonal Prismatic Ligand Field为题，发表于顶级材料类期刊Advanced Materials (IF: 27.398)。深圳先进院博士生吴南中为第一作者，姚文娇副研究员和唐永炳研究员为共同通讯作者。
电池材料的结构基元不仅直接构成了晶体结构，而且决定了其电子结构，尤其是氧化还原中心的电子轨道分裂。因此，结构基元影响着电池材料的本征物化特性，被视为材料设计基因。现有的晶体电池材料大部分含有TMO6基元，且为八面体构形，这限制了电池材料的合理设计。然而，传统理论认为另一种六配位构型——三棱柱，由于损失较多的晶体场稳定能与较大的配体互斥作用，难以承受电池材料充放电过程中的电荷扰动和离子嵌脱。
团队研发出一种新型钾离子电池正极材料K2Fe(C2O4)2, 并发现了可逆的三棱柱TMO6结构基因。通过原位同步辐射等技术，获得了材料局域结构演变的清晰图像，验证了三棱柱TMO6结构基因的可逆性和稳定性。该工作为电池材料理性设计提供了新材料基因。
该工作得到了国家自然科学基金，中科院、广东省、深圳市科技计划项目等资助。
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K2Fe(C2O4)2正极材料的三棱柱TMO6结构基因与电化学过程中局域结构演变
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