近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成技術研究所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳團隊聯合泰國同步輻射光源研究所研究員Kidkhunthod等人，發現了具有三棱柱配體場的正極材料結構基因（TMO6，TM為過渡金屬原子)。相關研究成果以K-Ion Battery Cathode Design Utilizing Trigonal Prismatic Ligand Field為題，發表在Advanced Materials上。深圳先進院博士生吳南中為論文第一作者，唐永炳和副研究員姚文嬌為論文的共同通訊作者。
電池材料的結構基元不僅直接構成了晶體結構，而且決定了其電子結構，尤其是氧化還原中心的電子軌道分裂。因此，結構基元影響電池材料的本征物化特性，被視為材料設計基因。現有的晶體電池材料大部分含有TMO6基元，且為八面體構形，這限制了電池材料的合理設計。但傳統理論認為另一種六配位構型——三棱柱，由于損失較多的晶體場穩定能與較大的配體互斥作用，難以承受電池材料充放電過程中的電荷擾動和離子嵌脫。
該研究中，研究人員研發出一種新型鉀離子電池正極材料——K2Fe(C2O4)2，并發現了可逆的三棱柱TMO6結構基因。通過原位同步輻射等技術，獲得了材料局域結構演變的清晰圖像，驗證了三棱柱TMO6結構基因的可逆性和穩定性。該研究為電池材料理性設計提供了新材料基因。
研究工作得到國家自然科學基金、中科院、廣東省、深圳市科技計劃項目等的資助。
K2Fe(C2O4)2正極材料的三棱柱TMO6結構基因與電化學過程中局域結構演變