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基于分子前驅(qū)體熱解得到Bi2S3納米棒負(fù)載在氧化還原石墨烯薄片用于高效鋰離子存儲 已有1人參與
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EEM | 鄭州大學(xué)李保軍教授：基于分子前驅(qū)體熱解得到Bi2S3納米棒負(fù)載在氧化還原石墨烯薄片用于高效鋰離子存儲 近日，鄭州大學(xué)李保軍教授課題組在Energy & Environmental Materials上發(fā)表了題為“Bi2S3 Nanorods Hosted on rGO Sheets from Pyrolysis of Molecular Precursors for Efficient Li-Ion Storage”的研究論文。該團(tuán)隊采用分子前驅(qū)體裂解法得到了負(fù)載納米棒狀Bi2S3的還原氧化石墨烯。該復(fù)合材料的負(fù)極性能明顯優(yōu)于初始Bi2S3。還原氧化石墨烯的引入使得石墨烯與Bi2S3之間的界面緊密接觸，其界面協(xié)同效應(yīng)提高了Bi2S3的導(dǎo)電性和鋰離子存儲性能。該材料在0.2A g-1的電流密度下循環(huán)200周后其比容量仍可達(dá)558.4 mAh g-1。同時通過理論計算證明了還原氧化石墨烯對Bi2S3的電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)具有一定的調(diào)節(jié)作用。本研究為其他金屬硫化物/還原氧化石墨烯納米材料的制備及其在電池研究中的應(yīng)用提供了新的思路。 鋰離子電池（LIBs）負(fù)極材料通常包括碳基化合物、金屬硫化物、金屬氧化物等。但由于硫元素的電負(fù)性小于氧元素的電負(fù)性，因此金屬硫化物的比容量一般高于氧化物。Bi2S3因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和理論比容量（625 mAh g-1，4250 mAh cm-3）被認(rèn)為是LIBs理想的負(fù)極材料。但在實(shí)際的鋰離子嵌入過程中，會發(fā)生兩個反應(yīng)（Bi2S3 + 6Li → 3Li2S + 2Bi、Bi + 3Li → Li3Bi）。而這兩個反應(yīng)都會使材料發(fā)生不同程度的體積膨脹。因此在反復(fù)放/充過程中由于Bi2S3體積膨脹的固有缺陷，造成負(fù)極側(cè)容量衰減，最終導(dǎo)致循環(huán)壽命減短，倍率性能變差，嚴(yán)重制約了Bi2S3作為負(fù)極材料在LIBs中的應(yīng)用。 而通常有效的策略是將Bi2S3設(shè)計為納米/微米結(jié)構(gòu)，提供更大的表面積以及縮短Li+離子擴(kuò)散路徑，以緩解鋰離子嵌入Bi2S3引起的體積變化大的問題。而另一種策略是將Bi2S3負(fù)載到導(dǎo)電碳基體上，通過二者的協(xié)同作用提高鋰的存儲性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在本文中我們結(jié)合以上兩種策略即將納米Bi2S3負(fù)載在導(dǎo)電碳基體上，從而實(shí)現(xiàn)Bi2S3作為負(fù)極材料在LIBs中的應(yīng)用。 |
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2樓2021-10-10 13:18:16
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