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我院院長唐少春教授和南理工朱俊武教授團隊合作在鋰離子電池研究方麵取得新進展

發布時間(jian):2022-07-27點擊量:768

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第(di)一(yi)作者:牛(niu)日超,韓(han)如(ru)冰(bing)

通(tong)訊(xun)作者:唐少(shao)春(chun),朱(zhu)俊(jun)武

通訊單位:南京(jing)大學(xue),江蘇,210093

南(nan)京理工大(da)學,江(jiang)蘇(su),210094

樱桃恋app下载南京大學高新技(ji)術研究院,江蘇,226600

論(lun)文DOI10.1016/j.jpowsour.2022.231738

 

全(quan)文(wen)速(su)覽(lan):

石墨(mo)烯的(de)製(zhi)備(bei)通常(chang)是(shi)將(jiang)氧(yang)化石(shi)墨烯(xi)在(zai)水合肼(jing)等(deng)強還原(yuan)劑(ji)輔(fu)助下液(ye)相化學還原。然而,強(qiang)還原劑大多毒(du)性大、易(yi)汙(wu)染,且(qie)傳統(tong)方法導(dao)致(zhi)石墨烯存(cun)在缺(que)陷(xian)多(duo)、產率(lv)低、能耗(hao)高,反(fan)應(ying)時間長等缺點。近(jin)日,我(wo)院(yuan)院長(zhang)唐(tang)少春教(jiao)授(shou)團隊(dui)與南京理(li)工大學朱俊武(wu)教授團(tuan)隊合作(zuo),設計並(bing)開發出(chu)一種(zhong)微(wei)波加熱(re)瞬間還原氧化石墨烯的快(kuai)速新途(tu)徑,以(yi)二(er)維MXene作為(wei)複合組(zu)分同時(shi)起(qi)到(dao)增強吸(xi)波(bo)作用(yong),成功(gong)製備出高比(bi)表麵(mian)積(ji)TiO2-MXene/graphene複(fu)合電(dian)極材料(liao),顯(xian)著(zhu)提(ti)升(sheng)了鋰(li)離(li)子(zi)電池的性(xing)能(neng)。該(gai)工(gong)作創(chuang)新點包括(kuo):(1)MXene具(ju)有(you)強吸波性,在超低微波功率(僅(jin)200 W)下,10秒(miao)內(nei)就(jiu)實(shi)現(xian)了(le)氧化石墨烯還(hai)原,微波功率遠(yuan)遠低(di)於文獻(xian)報(bao)道的1000 W;(2)避(bi)免了二維(wei)材料的堆疊(die),多孔(kong)MXene/graphene複合材料擁(yong)有穩(wen)定(ding)結(jie)構、豐富活性位點和(he)離子擴(kuo)散通道(dao);(3)MXene和(he)graphene具有良(liang)好(hao)的電子/離子電導率,在50 mA g-1高(gao)電流密(mi)度下比容(rong)量達(da)到356 mAh g-1,相比純(chun)石墨烯、MXene和文獻報道的MXene/石墨烯複合(he)材(cai)料具有更(geng)優(you)異(yi)的倍率性能。

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圖1. 氧化(hua)石墨烯GO和MXene混合粉(fen)末(mo),經微波加(jia)熱瞬(shun)間還原快速合成(cheng)TiO2/MG複合材料的流(liu)程(cheng)示意圖。

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圖2. (a)GO和MXene混(hun)合粉末的SEM圖(微波加熱前(qian)),(b)反應容器(qi)微波加熱瞬間的照(zhao)片(pian),(c-e) TiO2/MG複合產(chan)物(wu)在不同放(fang)大倍率下的SEM圖像(xiang)。

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圖(tu)32複合材料,(b) TiO2納(na)米顆(ke)粒和MXene薄片的TEM圖,(c)石墨烯納米(mi)片的TEM和HRTEM圖,(d-f)不同區域(yu)TiO2納米晶(jing)的HRTEM圖。

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圖42,MG,MXene和GO的XRD譜(pu)圖, (b) MG和不(bu)同(tong)微波功率(200-800W)下製備TiO2/MG複合材料的拉(la)曼(man)光(guang)譜。

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圖5. 微波功率為400W製備的TiO2/MG的高分辨(bian)率XPS光譜(a) Ti2p, (b) O1s, (c) C1s, (d) Ti2p, (e) O1s, (f) C1s。

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圖6. MG和不同微波功率(200-800W)下製備的TiO2/MG性能對(dui)比。(a)不同電流密度下倍(bei)率性能隨(sui)循(xun)環數(shu)的變(bian)化, (b)不同電流密度(du)下的比容量(liang)對比,(c)阻抗(kang)圖,(d)電流密度為1000 mA g-1下的充放電循環(huan)性能。

總結與(yu)展望(wang):

本(ben)研(yan)究(jiu)報道了一種超(chao)快、低能耗微波加熱瞬間還原法(fa),製備出高比表(biao)麵積的2複合材料。MXene具有強吸波性,在超低微波功率(僅200 W)下,10秒內就實現了氧化石墨烯還原。得益(yi)於(yu)多孔MXene/graphene複合材料擁有穩定結構(gou)、豐(feng)富活性位(wei)點(dian)和離子擴散(san)通道,400W功率下製備的TiO2/MG複合材料在50 mA g-1時放電容量為356 mAh g-1,在10 A g-1時放電容量為134 mAh g-1相(xiang)比文獻報道的MXene/石墨烯複合材料具有更優異的倍率性能。該技術(shu)可(ke)以推(tui)廣(guang)到MXene負(fu)載(zai)金(jin)屬(shu)單原子的電催(cui)化劑製備等。

該工作得(de)到了國(guo)家自(zi)然(ran)科(ke)學基(ji)金項目(No. 52125202, U2004209)、江蘇省(sheng)科技廳(ting)重(zhong)點研發計(ji)劃(hua)項目(BE2020684)和中央(yang)高校(xiao)基本科研業(ye)務(wu)費專(zhuan)項(xiang)資(zi)金(14380163,14913411)的共同支持(chi)。

 

文獻鏈(lian)接(jie):http://m.sjzanhong.cn/x-third-part/10.1016/j.jpowsour.2022.231738










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