錢逸泰院士團隊Angew. Chem.:整合單原子鎳、小分子硫的碳基納米管...

2021-01-13 騰訊網

研究背景

相比於鋰/鈉離子電池，由於鉀元素較高的自然豐度和較低的氧化還原電位（-2.93 VvsSHE），鉀離子電池越來越受到人們的關注，成為研究熱點。然而，由於鉀離子半徑較大，導致電極材料反應動力學緩慢、體積變化大、容量低、速率性能差、容量快速衰減等。因此，精細的結構和成分設計對於進一步提高鉀離子電池電極材料電化學性能具有重要的意義。

成果簡介

針對這一問題，中國科學技術大學錢逸泰院士課題組從材料設計視角，報導了一種整合單原子鎳、小分子硫的碳基納米管用於穩定鉀離子電池負極。相關論文近期發表於Angew. Chem. Int. Ed.（《德國應用化學》）。該文章第一作者為中科大博士生易政，通訊作者為中科大應化系林寧、錢逸泰院士。特別感謝合肥同步輻射國家實驗室韋世強教授，中科院過程所陳仕謀教授在材料表徵方面提供的幫助及指導。該研究得到國家自然科學基金委、安徽省自然科學基金委科學基金資助。

圖文導讀

在這項研究中，作者採用以醯胺化策略為主的組裝方法製備了一種含有單原子鎳和小分子硫的碳基納米管。在製備過程中，單原子設計和納米管構築得以同時實現。理論計算表明，單原子Ni可以提高碳基納米管中化學吸附的小分子硫的反應動力學，降低其硫化物分解能壘。原位TEM表徵表明，機械穩定的納米管框架能夠很好地維持嵌鉀/脫鉀過程中的體積變化。因此，作為鉀離子電池負極材料時，該碳基納米管在1.0 A g-1電流密度下循環500次後，仍保持330.6 mAh g-1的穩定循環容量。具體實驗過程和相關數據如圖所示。

圖1 碳基納米管制備、結構及形貌表徵

圖2 碳基納米管結構表徵

圖3 碳基納米管儲鉀性能

文獻連結：

Amidation‐Dominated Re‐Assembly Strategy for Single‐Atom Design/Nano‐Engineering: Constructing Ni/S/C Nanotubes with Fast and Stable K‐Storage

Zheng Yi, Song Jiang, Jie Tian, Yong Qian, Shimou Chen, Shiqiang Wei, Ning Lin *, Yitai Qian*

Angew. Chem. Int. Ed.,2020, DOI: 10.1002/anie.201916370

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