天津理工大學：高級吡啶-N-摻雜碳納米片被用作鋰離子電池陽極

本文要點：

過將g-C3N4前體與聚吡咯（PPy）進行熱處理製備高級吡啶基N摻雜碳納米片。

成果簡介

缺陷工程被認為是一種增強儲能領域碳材料電化學性能的有前途的方法。與常用方法不同，本文，天津理工大學材料科學與工程學院毛智勇副教授團隊在《Energy Technology》 期刊發表名為「High‐Level Pyridinic‐N‐Doped Carbon Nanosheets with Promising Performances Severed as Li‐Ion Battery Anodes」的論文，研究通過可控地從富氮石墨碳氮化物（g-C 3 N 4）中去除氮原子來合成高含量的N摻雜碳納米片。

對於獲得的碳納米片，可以輕鬆地設計氮摻雜水平和可變氮類型的相對量，包括吡啶，吡咯和石墨N。吡啶氮的超高含量高達19.1 at％，接近報導的氮摻雜碳材料中的最高值。5190 mAh g -1的非凡初始放電容量在50mA g-1的電流密度和優異的循環穩定性（200次循環後1639 mAh g−1），以及希望的倍率性能（517 mAh g−1 at 2 A g−1），其對鋰服務時表現出離子電池陽極。高氮摻雜水平，尤其是材料中高吡啶金屬-N摻雜含量，是這些出色的電化學鋰離子存儲性能的原因。這項工作為開發有前景的氮摻雜碳材料打開了新的大門，這些材料可實際應用於儲能設備。

圖文導讀

圖1、a）氮摻雜碳（NC-P x）納米片的合成路線示意圖；

b）XRD圖樣；c）FTIR光譜；d）拉曼光譜；

e）原始g‐C 3 N 4和合成的NC‐P x（x  = 0.1、0.2、0.4）的電導率分析。

圖2、a）g‐C 3 N 4的 SEM圖像; b）NC-P0.1；c）NC-P0.2；d）NC-P0.4樣品；e）（c）所選區域的EDS元素映射；f）TEM圖像；g）NC-P0.2樣品的HRTEM圖像。

圖3、a）XPS調查光譜；解卷積的XPS光譜用於高解析度b）C 1s；c）原始g‐C 3 N 4和NC‐P x（x  = 0.1、0.2、0.4）樣品的N 1s 。

圖4、對於NC-P0.2，在a）1 A g -1和b）10 A g -1時的循環性能; c）奈奎斯特地塊；和d）ž &888888; --tt-darkmode-color: 888888; --tt-darkmode-color: 888888; --tt-darkmode-color: #888888;">圖5、a）NC-P0.1的GITT結果; b）NC-P0.2；c）NC-P0.3樣品；d）對於NC-P0.1，NC-P0.2和NC-P0.3電極的擴散係數。

小結

總之，通過可控地從富氮g-C 3 N 4中去除氮原子，合成了氮摻雜的碳納米片。這項工作為利用高氮摻雜碳材料開發新的途徑提供了廣闊的前景，其電化學性能有望應用於儲能設備。研究的基礎上，應進一步努力以可控制的方式合成單一結構的氮摻雜碳材料，以及由此產生的電化學性能差異。

文獻：