因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和納米尺寸效應(yīng)賦予它們引人入勝的物理化學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用潛力，鹵氧化鉍(BiOX, X = Cl, Br, I)納米材料備受關(guān)注。然而，尺寸低至10 nm的超小BiOX納米晶體的合成仍然是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，迄今為止尚未探索在堿金屬離子電池中對(duì)這種超小BiOX納米晶體的研究。西湖大學(xué)徐宇曦等報(bào)道了通過多功能納米限制策略在還原氧化石墨烯上制備平均尺寸為6 nm的超小BiOX納米晶體。通過將氧化石墨烯(GO)分散體的pH值調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)乃嵝苑秶捎陟o電排斥力降低，GO片材傾向于略微堆疊。弱堆疊的GO片材為原位生長良好分散的超小BiOX納米晶體提供了空間受限的納米反應(yīng)器，而高度分散的GO和強(qiáng)聚集的GO僅產(chǎn)生更大的BiOX納米顆粒。隨著GO進(jìn)一步熱還原為RGO，S-BiOCl-RGO 復(fù)合材料可直接用作鉀離子電池(PIBs)的自支撐負(fù)極。圖2 用于鉀離子存儲(chǔ)的不同負(fù)極的電化學(xué)性能研究顯示，S-BiOCl-RGO在0.05 A g-1下具有521 mAh g-1的超高可逆容量和1148 mAh cm-3的優(yōu)異體積容量，并顯示出出色的倍率性能（5 A g-1時(shí)為205 mAh g-1）和優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性（3000 次循環(huán)后容量保持率為 94.7%），遠(yuǎn)優(yōu)于此前的Bi基負(fù)極，是迄今為止報(bào)告的PIB最好的負(fù)極之一。此外，作者通過詳細(xì)的原位XRD和非原位TEM表征，首次揭示了超小≈6 nm BiOCl的完全可逆電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制（BiOCl ? Bi ? K3Bi），這有望實(shí)現(xiàn)618 mAh g-1的高理論容量。作者相信這項(xiàng)研究不僅展示了BiOX在電化學(xué)能量存儲(chǔ)中的真正潛力，而且還提供了一種通用的合成策略和超小納米尺寸效應(yīng)的基本見解，以優(yōu)化/最大化納米結(jié)構(gòu)材料在電化學(xué)能量及其他方面的性能。圖3 電化學(xué)鉀化/脫鉀化反應(yīng)中S-BiOCl-RGO負(fù)極的結(jié)構(gòu)演變研究
Nanoconfinement Synthesis of Ultrasmall Bismuth Oxyhalide Nanocrystals with Size-Induced Fully Reversible Potassium-Ion Storage and Ultrahigh Volumetric Capacity. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202201352
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