Advanced Energy Materials:磁控高效合成 —— 磁场辅助合成中空红磷基纳米复合材料用于高效储钾

近年来,基于高能球磨法、湿化学法、蒸发-冷凝法等多种方法发展了合成各种红磷/炭复合材料的制备方法。然而,通过球磨法制备均匀的纳米红磷颗粒是非常困难的。湿化学法则容易引入杂质。相比之下,低能耗的蒸发冷凝法更容易获得均匀的纳米红磷复合材料。然而,到目前为止,获得的红磷基复合材料几乎都局限于实心红磷/碳纳米材料,而不是纳米尺度中空红磷复合结构。因此,发展一种简单高效的方法来构建中空红磷/碳复合材料,比如引入较低能耗的外部刺激诱导中空红磷复合材料的合成具有重要意义。

针对此问题,济南大学原长洲教授课题组创新发展了低能耗磁场辅助合成中空红磷基复合材料。基于外加磁场,铁磁性红磷沉积基体Fe@NCNS/NCNT受到偶极极化驱动力,颗粒与颗粒之间产生的静电斥力与磁铁对材料的吸引力相抗衡,诱导产生规整性矩阵排列,材料表面富集电子。与此同时,红磷前驱体白磷在P4 键断裂时处于缺电子状态,红磷生成中间产物和铁颗粒之间产生强静电作用,诱导红磷优先沉积在嵌于氮掺杂碳纳米片/碳纳米管(NCNS/NCNT)三维导电网络中的纳米铁颗粒表面,随后通过选择性刻蚀Fe颗粒,制备了中空红磷基复合材料(H-P@NCNS/NCNT),并将其用于高效钾离子储能。

研究者相信,此项研究通过磁场辅助诱导铁电极化策略,为合成中空红磷复合材料打开了一扇窗户,并为通过静电组装以及化学键合相互作用合成复合材料提供新的思路。通过模拟、计算和原位技术揭示了中空纳米红磷的形成机制,以及H-P@NCNS/NCNT的储钾机制。相关论文在线发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202003429)上。