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磷具有高容量和低氧化還原電位的特點，這使其成為未來鈉離子電池的一種有前景的負極材料。然而，其實際應用受限于較差的耐久性和緩慢的動力學。

圖1 P/Fe-N-C的結構和形態特征

鄭州大學陳衛華等提出了一種創新的原位電化學自驅動策略，將磷納米晶體（≈10 nm）嵌入富含Fe-N-C的三維碳框架（P/Fe-N-C）中。

作為鈉離子電池的負極，它在比容量（0.4 A g^-1時為1300 mAh g^-1）、循環穩定性（20 A g^-1時循環10000次后容量保持率為72%）和倍率性能（100 A g^-1時為267 mAh g^-1）方面具有競爭力。此外，在軟包電池中進行了應用測試，其顯示出220 Wh kg^-1的高能量密度。

圖2 電化學性能研究

通過TEM和XPS研究原位電化學自驅動過程，作者發現FeP在第一次充電過程中不可逆地轉化為P和Fe，Fe在隨后的氧化還原反應中缺失，從根本上改變了氧化還原反應，從FeP/Na₃P變成了P/Na₃P。

此外，根據實驗結果（XPS、TEM和原位DEMS）和理論計算，合理地提出了Fe-N-C在電化學過程中的協同電催化機理（界面催化和P-P解離催化）。具體來說，電極上形成的Fe-N-C催化位點加速了電解液中氟的釋放，從而增強了Na⁺傳導的SEI。

此外，Fe-N-C催化位點的存在可提高Na_XP的吸附能，有效催化P還原為Na₃P，改善P負極的氧化還原反應動力學。因此，P/Fe-N-C復合材料具有優異的循環穩定性、高放電容量和快速倍率能力，這種協同催化機制為設計高容量充電電池電極提供了新的思路。

圖3 理論計算

Electrocatalysis of Fe-N-C Bonds Driving Reliable Interphase and Fast Kinetics for Phosphorus Anode in Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202305803

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鄭州大學陳衛華AFM：Fe-N-C鍵電催化驅動可靠的SEI和快速的動力學

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