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ACS Nano.最新成果，邱介山團(tuán)隊高容量Na存儲！

來源：時間：2023-12-19 16:01:17 瀏覽：1626次

第一作者：Yuan Shao

通訊作者：邱介山教授、楊琪教授

通訊單位：北京化工大學(xué)

DOI: 10.1021/acsnano.3c08889

研究背景

鈉離子電池（SIBs）因其豐富的儲備和安全性等多種優(yōu)點而受到全世界的關(guān)注。然而，高性能高比容量碳陽極的缺乏使工業(yè)化面臨挑戰(zhàn)。基于此，北京化工大學(xué)邱介山教授和楊琪教授等人報道了一種通用的金屬輔助的碳微晶結(jié)構(gòu)方法（利用各種金屬元素調(diào)節(jié)多環(huán)芳香烴衍生碳材料微晶結(jié)構(gòu)，包括Mn、Nb、Ce、Cr和V），為提高碳材料的鈉存儲性能提供了一種特殊的途徑。

文章要點

1、作者報道了一種利用各種金屬元素（包括Mn、Nb、Ce、Cr和V）調(diào)節(jié)多環(huán)芳香烴衍生碳材料微晶結(jié)構(gòu)的通用方法，以提高碳材料在SIBs中的比容量。通過各種表征，確定了“結(jié)合能”作為描述符，量化金屬元素調(diào)節(jié)微晶結(jié)構(gòu)的能力。

2、本文通過對原位熱處理X射線衍射和多光譜的系統(tǒng)研究，揭示了構(gòu)建空間位阻（C-O-C鍵）抑制芳香族縮聚反應(yīng)的調(diào)控機制。對比樹脂和生物質(zhì)前驅(qū)體，多環(huán)芳香烴型瀝青的碳前驅(qū)體具有較高的碳產(chǎn)率（40%）。在電流密度為0.05 A g^-1的情況下，合成的碳材料提供高達(dá)390 mAh g^-1的高容量，超過了許多報道的SIBs的碳負(fù)極。由不同金屬元素（Mn、Nb、Ce、Cr、V）調(diào)控碳材料微晶結(jié)構(gòu)，通過關(guān)聯(lián)比容量、拉曼光譜I_D/I_G值以及理論計算等相關(guān)因素，作者識別并提出“結(jié)合能”作為描述符來量化金屬元素對微晶結(jié)構(gòu)的調(diào)控能力。本工作為了解微觀芳香族碳碎片的聚集演化機理，提高瀝青基碳材料的性能提供了有價值的指導(dǎo)。

圖文展示

圖1.含或不含Mn調(diào)控微晶結(jié)構(gòu)的PAHC的形態(tài)和結(jié)構(gòu)表征

圖2.微晶結(jié)構(gòu)調(diào)控過程中Mn元素的演化

圖3.微晶結(jié)構(gòu)調(diào)控的機理研究

圖4.PAHC-Mn作為SIBs負(fù)極的電化學(xué)性能

圖5.不同金屬元素調(diào)節(jié)碳微晶結(jié)構(gòu)能力的表征

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