相分离——核壳纳米纤维合成新策略:高容量和长寿命储锂的MoO2 @ C纳米纤维

核壳结构纳米材料的研究受到极大的关注,尤其是在催化,储能方面得到广泛的应用。核壳结构不仅具有较短的离子扩散路径,较大的电极/电解液界面面积和有效的电子传递途径,而且可以有效地缓解在循环过程中纳米颗粒的体积膨胀,所以选择制备核壳是提高复合材料性能的重要途径。

MoO2的理论容量高达838 mA h g-1,具有很高的锂电的电化学活性。但一些不足往往会影响MoO2的研究,比如MoO2的导电性差和在锂电循环过程中会发生很大的体积膨胀。为了能够缓解在循环中的体积膨胀和提高动力学,其中一种方法便是将MoO2纳米化,另一种有效的思路是采用石墨烯或者其他碳材料与MoO2复合制备得到相应的复合纳米材料。并且根据理论分析可知,阻抗极化和浓差极化是电极可逆容量损失的主要原因,尤其是在大电流密度下。因此合成具有快速电子和离子迁移通道的MoO@ C复合材料也许可以获得优秀的储锂性能。

Untitled湖南大学物理与微电子科学学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室张明课题组研究发现,以钼酸铵为代表,其在聚乙烯醇 (PVA) 水溶液中会随着钼酸铵的浓度增大而与PVA 溶液出现相分离的现象。该课题组利用这一特点,采用单轴静电纺丝法成功制备了具有核壳结构的MoO@ C纳米纤维。于此同时,他们发现,在较高的退火温度(650 ℃)下,会更有利于核壳结构的形成。其中钼酸铵都转化成MoO2,并且MoO2纳米颗粒会逐渐向纳米线中间聚集,最终形成核壳的MoO@ C纳米纤维。在锂电的测试表明,在0.5 A g-1的电流密度下600循环后MoO@ C纳米线电极仍可获得655 mA h g-1的可逆容量,甚至在1 A g-1的电流密度下仍能保持537 mA h g-1的容量。

研究者相信,此项研究将会为制备核壳纳米结构提供一种更加简单而又广泛适用的方法,并将制备出的其他金属氧化物/碳核壳复合材料应用在电池、催化等领域。相关论文在线发表在Advanced Materials Interfaces (DOI: 10.1002/admi.201600816)上。