Small Methods: 富含Mo空位缺陷的反蛋白石结构MoxC材料的设计、构建和储锂性能

随着移动电子设备,电动汽车,智能电网等的高速发展,对其储能装置(锂离子电池)在电化学性能方面提出了更高的要求(如容量、功率密度、能量密度等)。电极材料作为锂离子电池的核心组成部分,它的电化学性能在很大程度上决定了锂离子电池商业化是否成功。虽然石墨作为负极材料在锂离子电池商业化过程中已经获得了巨大成功,但其相对有限的理论容量仅372 mAh g-1和较差的倍率性能,已无法满足实际应用日趋增长的需求。因此,探索更高容量、功率和能量密度的负极材料迫在眉睫。过渡金属碳化物在锂离子电池中的应用潜力,引起了人们的广泛关注。因为它们具有相对较高的理论容量、一些特殊物理和化学特性。碳化钼 (MoxCy) 就是众多过渡金属碳化物中的一种。对于MoxCy作为负极材料的研究,目前主要集中在构建具有纳米结构MoxCy材料及其与高导电材料的复合材料,而很少去探索增加其本征缺陷活性位点(例如Mo空位)对电池电化学性能的影响。

近期,华南理工大学环境与能源学院徐建铁教授团队与韩国蔚山国家科学与技术研究所Jong-Beom Baek教授团队通过合作,开发了一种新型、高效的MoxCy材料,并深入研究该复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。该研究主要利用直径为380 nm的SiO2球作为模板,均匀分散于钼酸铵和二氰胺的混合溶液中, 然后通过加热碳化以及HF溶液刻蚀,最后成功获得了一系列的不仅具有三维大孔链接结构、高含N量掺杂碳、外层碳包覆而且拥有丰富Mo空位的MoxCy复合材料 (Mox[email protected])。得益于合理有效的复合材料纳米结构设计,Mox[email protected]表现出较高的比容量、良好的倍率特性以及优异的循环稳定性。这种简单易行的制备策略,为构筑其他类型过渡金属化合物/碳基复合材料拥有丰富空位缺陷、多孔、杂原子掺杂、碳包覆等特性,提供了新的设计思路。相关论文已发表于Small Methods (http://doi.org/10.1002/smtd.201800040)上。

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