中空蛋黄壳结构（core@void@shell）因独特理化性质，在纳米反应器、药物输送、能量存储等领域潜力巨大。然而，传统液相聚合法、模板法存在步骤繁琐、耗时久、难规模化等问题，现有喷雾热解法则受雾化液滴尺寸不均影响，产物粒径分布宽。

近期，有研究人员提出一种结合原位聚合与干燥控制剂（如DMF）的新型一锅法喷雾热解策略，通过系统调控柠檬酸、乙二醇等碳源，成功合成尺寸均一的yolk-shell微球，并提出基于金属-金属氧化物-碳中间体的新型形成机制，还将其衍生的硫化镍@碳微球应用于钾离子电池负极，展现出优异的电化学性能。相关研究以“Scalable one-pot spray pyrolysis with in situ polymerization for uniform yolk–shell microspheres: novel formation mechanism and application as high-performance potassium-ion battery anodes”为题发表于期刊《Rare Metals》。

本文要点：

1、本研究开发了一种结合原位聚合和干燥控制剂（DCCA）的一锅法喷雾热解新策略，用于合成尺寸均一的yolk-shell微球。

2、通过系统调控不同碳源（如柠檬酸、乙二醇、蔗糖、PVP），发现其对粒径分布和蛋黄壳结构形成具有关键作用。

3、研究提出了一种涉及金属-金属氧化物-碳中间体的新颖形成机制，并证实DCCA可显著改善球形形貌和尺寸均匀性。

4、以氧化镍为模型材料，成功将其转化为硫化镍@碳微球，作为钾离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。该方法为可定制蛋黄壳结构的规模化、高效制备提供了新途径。

Scheme 1：以硝酸镍溶液为原料，采用不同碳源（A 为蔗糖、B 为 CA、C 为 CA/EG、D 为 CA/EG/DMF）通过一锅法喷雾热解制备yolk-shell微球的形成机制示意图

图1：NiO-Suc-800（A-D）、NiO-PVP-800（E-H）、NiO-CA-800（I-L）、NiO-EG-800（M-P）、NiO-CA/EG-800（Q-T）及 NiO-CA/EG/DMF-800（U-X）的扫描电子显微镜（SEM）图像、透射电子显微镜（TEM）图像及动态光散射（DLS）数据

图2：NiO-CA/EG/DMF-400（A-C）、NiO-CA/EG/DMF-500（E-G）、NiO-CA/EG/DMF-600（I-K）、NiO-CA/EG/DMF-700（M-O）、NiO-CA/EG/DMF-800（Q-S）及 NiO-CA/EG/DMF-900（U-W）的 SEM 图像与 TEM 图像；D、H、L、P、T、X 为不同喷雾热解温度下合成的 NiO-CA/EG/DMF 的磁性测试图像；Y 为不同喷雾热解温度下合成的 NiO-CA/EG/DMF 的 X 射线衍射（XRD）图谱；Z 为不同喷雾热解温度下合成的 NiO-CA/EG/DMF 的振动样品磁强计（VSM）数据

图3：多种金属氧化物yolk-shell微球的形貌与晶体结构：FeOₓ-CA/EG/DMF-800（A、B）、SnOₓ-CA/EG/DMF-800（C、D）及 NiFeOₓ-CA/EG/DMF-800（E、F）的 SEM 图像；G 为 FeOₓ-CA/EG/DMF-800 的 XRD 图谱；H 为 SnOₓ-CA/EG/DMF-800 的 XRD 图谱；I 为 NiFeOₓ-CA/EG/DMF-800 的 XRD 图谱

图4：NiO-CA/EG/DMF-800 的详细特征：A-C 为 TEM 图像；D 为高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）图像；E 为选区电子衍射（SAED）图谱；F 为 NiO-CA/EG/DMF-800 的元素映射 图像

图5：NiS@C-CA/EG/DMF-800 的详细特征：A-C 为 TEM 图像；D 为 HR-TEM 图像；E 为 SAED 图谱；F 为 NiS@C-CA/EG/DMF-800 的元素映射图像

图6：NiS@C-CA/EG/DMF-800 的电化学性能：A 为循环伏安（CV）曲线；B 为其首次充放电曲线；C 为恒电流间歇滴定技术（GITT）电势曲线；D 为 NiS@C-CA/EG/DMF-800 对应的钾离子扩散系数

图7：NiS@C-CA/EG/DMF-800、NiS-CA/EG/DMF-800、NiS-CA-800 及 NiS-Suc-800 的电化学性能：A 为电流密度 0.2 A・g^-1 下的循环性能；B 为倍率性能；C 为新鲜电池的奈奎斯特（Nyquist）图谱（实测点与拟合线）；D 为循环 100 次后电池的 Nyquist 图谱（实测点与拟合线）

图8：钾离子存储动力学分析：A-C 为不同扫描速率下的 CV 曲线；D-F 为峰 I、峰 II、峰 III 的 lg（峰电流）-lg（扫描速率）拟合曲线；G-I 为扫描速率 1.5 mV・s^-1 下电容贡献（红色区域）占总电流的 CV 曲线；J-L 为不同扫描速率下的容量贡献占比：A、D、G、J 对应 NiS@C-CA/EG/DMF-800；B、E、H、K 对应 NiS-CA-800；C、F、I、L 对应 NiS-Suc-800

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12598-025-03636-w

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