原位可视化技术：探索硒化铁在醚类电解液中的储钾机制

2. 使用原位可视化技术监控嵌钾-脱钾过程。

3. 硒化铁复合材料在醚类电解液中发生均匀的电化学反应，从而可获得稳定的储钾性能。

图1. SEM图(a) FeSe₂和(b) FeSe₂@RGO；FeSe₂@RGO的TEM图(c) 低分辨和(d) 高分辨；(e-h) FeSe₂@RGO的C, Fe, Se的元素映射图。

图2a为FeSe₂@RGO分别在DME-基和EP-基电解液中的充放电曲线，可看出电极在DME-基电解液中具有更好的可逆性，表明钾离子在DME-基电解液中的传输能力更高。图2b为分别在DME-基和EP-基电解液中的CV曲线，DME-基电解液中在0.77 V处出现了一个明显的不可逆阴极峰，表示SEI膜生成，而EP-基电解液会在更高电压处(1.16 V)分解生成SEI膜。图2c为电极分别在DME-基和EP-基电解液中的循环性能，两个电极均在100 mA/g电流密度下活化5圈，当电流转换到200 mA/g时，电极在EP-基电解液中循环75次后，比容量衰减到198 mAh/g, 而在DME-基电解液时，循环75次后，比容量仍有356 mAh/g，表明电极在DME-基电解液中具有更高的循环稳定性。图2d为电极在两种电解液中的库仑效率，其中DME-基电解液中的首效(71.8%)明显大于EP-基电解液中(62.4%)。表明DME-基电解液可促进不可逆产物的还原。图2e为电极在DME-基电解液中的倍率性能，电极在DME-基电解液中经过电流密度100，200，500，1000 mA/g后，再回到小电流密度100 mA/g时，比容量可恢复，表明电极在DME-基电解液中具有较好的可逆性。图2f-g为电极在两种电解液中循环前后的电化学阻抗谱，电极在DME-基电解液中循环后的阻抗更小，表明DME-基电解液可促进钾离子的传输。

图2. FeSe₂@RGO电极在DME-基电解液和EP-基电解液下的(a) 恒流充放电曲线；(b) CV曲线；(c) 循环性能；(d) 库仑效率；(e) FeSe₂@RGO电极在DME-基电解液中的倍率性能；FeSe₂@RGO电极在DME-基电解液和EP-基电解液下的EIS(f) 循环前和(g) 循环50次后。

图3a和b为FeSe₂@RGO电极在两种电解液中的AFM图像，电极在DME-基电解液中的平均粗糙度(40 nm)比在EP-基电解液中的(73 nm)要小,表明DME-基电解液可提高电极的稳定性。图3c-f为SEI膜的力-位移曲线及细节力曲线图，结果显示在DME-基电解液中生成的SEI膜具有弹性性质，而在EP-基电解液中SEI膜具有塑性性质，在嵌钾-脱钾过程中，不可逆的塑性变化会破坏电极表面形貌，而弹性变形有助于恢复应变并保持电极完整性。由图3g-h可知，电极在DME-基电解液中的平均杨氏模量(5.28 GPa)是在EP-基电解液中的(1.85 GPa)2.8倍。由以上分析得出结果，电极在DME-基电解液中可生成致密而坚固的SEI膜。该坚韧的SEI膜可抑制电极表面断裂，并促进钾离子存储过程中电极电化学反应的均匀性。相反，在EP-基电解液中生成的SEI膜的杨氏模量较低，其SEI膜较疏松并且不稳定，进而导致电化学性能不稳定。

图3. FeSe₂@RGO电极在不同电解液下循环50圈后的AFM图像(a) DME-基电解液和(b) EP-基电解液；力-位移曲线图(c) DME-基电解液和(d) EP-基电解液；SEI膜的力曲线细节图(e) DME-基电解液和(f) EP-基电解液；杨氏模量(g) DME-基电解液和(h) EP-基电解液。

IV 原位可视化分析

图4. 原位可视化测试(比例尺为50 mm)：(a-h) FeSe₂@RGO电极使用DME-基电解液在第一个循环过程中不同嵌钾-脱钾状态；(i-p) FeSe₂@RGO电极使用EP-基电解液在第一个循环过程中不同嵌钾-脱钾状态。

图5为电极在DME-基电解液中测试的原位拉曼光谱。图5a为根据CV曲线显示的测试过程中的嵌钾-脱钾状态。图5b和c分别为电极在低波段和高波段下的拉曼光谱。在初始阶段，在253 cm⁻¹处有一个明显的FeSe₂的特征峰，随着钾离子的嵌入，FeSe₂的原始振动模式被打破，该峰在1.8 V处逐渐消失，在213 cm⁻¹处出现一个新的峰，为FeSe₂转变为中间产物，完全嵌钾后，由于钾离子的嵌入失去共振使所有峰都消失，在脱钾过程中，在146，327，398，466和669 cm⁻¹处出现了新的峰，这一现象可能为FeSe₂中间产物的重构。

图5. FeSe₂@RGO电极使用DME-基电解液在不同嵌钾-脱钾状态下的原位拉曼光谱：(a) 相应的电压点；原位拉曼光谱(b) 低波段和(c) 高波段。