一步水热法制备具有优异锂离子电池性能的FeMoO4纳米立方体

25         金属钼酸盐在由于其具有良好的化学稳定性、环境友好和特殊的结构等优点,在催化、磁性、气敏、水处理及能源领域都受到了广泛的关注。上述这些应用都受到其形貌和表面原子排布的影响;因此,调控纳米颗粒的形貌能够改变其裸露的晶面并由此影响其物理、化学性质。尤其是多面体纳米颗粒,由不同晶面的原子密度和排布可以获得很多特殊的性质。但由于钼酸盐结构复杂,对其形貌的控制合成一直是一个巨大的挑战。由于钼酸铁为对称性较低的单斜晶系,且为热力学稳定性较低的复杂化合物,因此控制合成具有特殊形貌和优异电化学性能的钼酸铁纳米材料,是研究上的难点。

         针对以上问题,中国矿业大学的鞠治成博士和合作者深入研究了FeMoO4的合成方法,利用简单的一步水热法控制合成了粒径均一的FeMoO4纳米立方体,并进一步将其用作高性能的锂离子电池负极材料。研究结果表明,在合成过程中,首先得到了FeMoO4纳米片,而随着时间延长,纳米片消失同时定向聚集成纳米立方体。值得一提的是,产品中α和β两相FeMoO4同时存在,且形貌一致,都为100±20nm左右的准立方体,但两者裸露的晶面则完全不同。文章进一步研究了反应时间、反应物比例和溶剂粘度对于控制FeMoO4尺寸和形貌的影响。将合成出的FeMoO4纳米立方体作为锂离子电池负极材料时,其呈现出较高的比容量、好的循环稳定性和优良的倍率性能。在100mA/g的电流密度下,经过80次循环以后,其比容量仍保持在926 mAh/g。而在电流升高至2000 mA/g以后,比容量仍高达215 mAh/g,更为重要的是,当测试电流降低至100 mA/g时,比容量可以恢复至高于950 mAh/g。文章还进一步通过循环伏安分析了材料的充放电机理和储锂行为。该合成路线方法简单,反应原料易得,产品电化学性能优越,为控制合成特殊形貌的金属钼酸盐以及设计新型锂离子电池负极材料拓展了方向。相关结果发表在Small上 (DOI: 10.1002/smll.201501294)。