傳統化石能源的大量使用引發了嚴峻的環境問題，促使人們尋求清潔、可再生且高效的能源存儲技術。鋰離子電池（LIBs）因其高能量密度、長循環壽命等優勢，在多個領域廣泛應用。然而，現有LIBs電極材料的性能逐漸逼近極限，難以滿足日益增長的高性能需求。過渡金屬硫化物/硒化物（TMSs）憑借豐富的氧化還原活性、高理論容量和良好導電性，成為下一代電極材料的有力候選。但TMSs在鋰化/脫鋰過程中體積變化顯著，導致容量快速衰減，且部分TMSs導電性不足，限制了其實際應用。近年來，高熵材料（HEMs）因多組分協同效應帶來的優異性能而備受關注。高熵硫化物（HES）作為HEMs的重要分支，具有高配置熵、良好導電性、成分可調性和結構穩定性，展現出巨大潛力。然而，HES的制備面臨挑戰，傳統方法存在高溫、耗時和顆粒尺寸較大等問題，難以實現精細的形貌和結構控制。鑒于此，本研究提出基于高熵前驅體的氣相硫化策略，成功合成具有核殼結構的HES ((CrMnFeCoNi)S₂)，為高性能LIBs電極材料的設計提供了新思路。

南京大學高峰教授與陸輕銥教授團隊創新性地提出"前驅體驅動策略"，成功制備出具有蛋黃殼結構的高熵硫化物(CrMnFeCoNi)S₂，有效解決了傳統過渡金屬硫化物在充放電過程中體積膨脹嚴重、循環壽命短的技術瓶頸。該研究通過巧妙結合高熵材料的"雞尾酒效應"與蛋黃殼結構的協同優勢，實現了材料性能的顯著提升。一方面，Cr、Mn、Fe、Co、Ni五種金屬元素的協同作用（"雞尾酒效應"）有效穩定了材料晶格結構；另一方面，蛋黃殼結構中的空腔為體積膨脹提供了緩沖空間，多孔殼層則大幅縮短了離子傳輸路徑。這種雙重協同效應使得材料展現出卓越的電化學性能：(CrMnFeCoNi)S₂在1 A g^?1電流密度下循環1250次后仍保持1375.8 mAh g^?1的高比容量，即使在2 A g^?1的高倍率條件下，比容量仍可達1310.6 mAh g^?1。在合成方法上，研究團隊采用低溫溶劑熱法結合上游氣化工藝，實現了蛋黃殼結構的精準調控，有效避免了高溫合成過程中常見的元素偏析問題。值得注意的是，該合成策略展現出良好的普適性，已成功拓展至三元、四元硫化物及硒化物體系。此項研究不僅為高熵硫/硒化物的可控合成提供了新思路，更為開發下一代高能量密度、長循環壽命的鋰離子電池奠定了重要的材料基礎，具有重要的科學意義和應用價值。

圖1 (a)高熵(CrMnFeCoNi)S₂蛋黃殼納米球的合成示意圖和(b) Li⁺ 在(CrMnFeCoNi)S₂陽極的嵌入/脫出示意圖；(c)與常規材料相比，HES材料內的離子路徑。

圖2 高熵(CrMnFeCoNi)S₂蛋黃殼納米球的 (a、b) SEM圖像；(c, d) TEM圖像；(e) HRTEM圖像；(f) SAED圖像；(g- 1) EDS圖譜。

圖3 (a) (CrMnFeCoNi)S₂、(CrFeCoNi)S₂和(CrCoNi)S₂的XRD譜圖；(b) (CrMnFeCoNi)S₂的rietveld -細化XRD譜圖；(c~h) (CrMnFeCoNi)S₂的XPS光譜；(c) Cr 2p；(d) Mn2p；(e) Fe 2p；(f) Co 2p；(g) Ni 2p；(h) S 2p。

圖4 (a) CV曲線和(b) 0.1 A g^-1時的恒流充放電曲線；(c)不同電流密度下的恒流充放電曲線；(d)不同電極在1 A g^-1下的速率性能和(e)循環穩定性；(f) (CrMnFeCoNi)S₂在1 A g^-1下的超長循環。

圖5 (a) CV曲線；(b) 1.0 mV s^-1時的電容貢獻；(c)不同掃描速率下電容控制的(CrMnFeCoNi)S₂貢獻率；(d)奈奎斯特圖（插圖顯示等效電路）；(e) GITT曲線；(f)不同電極的Li⁺擴散系。

圖6 (a) SEM圖像；(b) TEM圖像；(c) XRD圖譜；(d)高熵(CrMnFeCoNi)Se₂在1 A g^-1下的速率性能和(e)循環穩定性。

課題組網站：https://lgnano.nju.edu.cn

Luo Y, Zhang C, Su M, et al. Architecting high-entropy yolk–shell chalcogenide nanoarchitectures toward high-performance energy storage. Nano Research, 2025 18(6): 94907510. 

https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907510.