电池技术的进步对于可持续能源解决方案至关重要，为从便携式电子设备到电动汽车等各种设备提供动力[1]，[2]。然而，传统的碳基阳极材料（如石墨和硬碳）在碱离子电池中的容量低且反应动力学慢，限制了其性能[3]。因此，迫切需要开发高性能的阳极材料[4]，[5]。在各种电极材料中，二氧化锡（SnO2）因其在锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）中的高理论比容量而受到广泛关注[6]，[7]，[8]。然而，SnO2存在固有挑战，包括锂化和钠化过程中由于体积变化引起的显著机械应力[9]，导致结构退化[10]、容量衰减[11]和循环稳定性差[12]。此外，SnO2有限的离子和电子导电性也限制了其倍率性能[13]，进一步限制了其实际应用[14]。
尽管先前的策略（如多维结构设计[15]，[16]，[17]、异质结构构建[18]和复合材料形成[3]，[19]）在解决这些问题方面取得了一定成功，但许多方法未能充分抑制体积膨胀并提高导电性。从结构改性的角度来看，构建中空结构在减轻体积膨胀的同时保持了高的电化学活性，显示出良好的效果。例如，自支撑的三维中空多孔SnO2被设计用于锂离子存储应用中，以缓冲机械应力，从而提高了循环稳定性[20]。然而，虽然中空结构为体积膨胀提供了空间，但其长期循环下的完整性仍是一个问题。需要进一步研究这些结构如何具体缓解体积变化并保持结构稳定性。另一方面，碳涂层通过提高导电性、增加比容量和稳定电极结构带来了额外的好处。双碳保护的超细SnO2纳米粒子（即超细SnO2纳米粒子锚定在中空多孔碳支架上，并进一步涂覆非晶碳，具有明确的Sn–C界面）由于有效抑制了纳米粒子团聚和体积膨胀，显著提高了循环稳定性和倍率性能[17]。然而，尽管具有这些优势，纳米粒子的使用限制了可用的比表面积和活性位点的数量。在碱离子电池中优化基于SnO2的阳极效果时，结构设计与电化学性能之间的平衡仍然至关重要。
在本研究中，我们提出了一种通过湿化学合成方法设计和合成中空SnO2@C纳米立方体的新方法，能够精确控制其从固态Fe2O3@SnO2@C到蛋黄壳结构Fe2O3@SnO2@C，最终形成中空SnO2@C纳米立方体的结构演变过程。中空纳米立方体的设计为锂化/钠化过程中的体积变化提供了充足的空隙空间，有效减轻了机械应力并保持了结构完整性。此外，SnO2纳米立方体上的均匀碳涂层增强了结构稳定性，提高了比容量，抑制了不必要的副反应，并改善了电子导电性。原位XRD和TEM结合有限元模拟进一步证明，这种碳包覆的中空结构不仅减轻了应力集中，还确保了高的反应动力学性能，使其适用于高性能的LIBs和SIBs。电化学测试显示，中空SnO2@C纳米立方体作为阳极材料表现出优异的性能：在锂离子电池中，经过1000次循环后仍保持1184 mAh g-1的比容量（电流密度为4 A g-1），即使在4000次循环后仍保持738 mAh g-1的可逆容量；在钠离子电池中，经过1000次循环后仍保持363 mAh g-1的比容量（电流密度为1 A g-1）。这为优化SnO2在储能应用中的性能提供了宝贵的见解。
