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中南侯紅帥EnSM：用于快速儲(chǔ)鋰的分層Bi2Se3/碳點(diǎn)復(fù)合材料

用于快速充電鋰離子電池的先進(jìn)電極材料對下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)具有重要意義。碳點(diǎn)（CDs）是一種尺寸<10 nm的新型碳納米材料，由于具有量子限域、超小尺寸、邊緣效應(yīng)和豐富的官能團(tuán)，引起了廣泛的研究關(guān)注。

在此，中南大學(xué)侯紅帥副教授等人報(bào)道了將CDs作為一種新型結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，設(shè)計(jì)了一種用于快速儲(chǔ)鋰的三維（3D）棒狀Bi₂Se₃/碳點(diǎn)（Bi₂Se₃/CDs）復(fù)合材料，通過CDs誘導(dǎo)的自組裝生長和位置選擇性離子交換將Bi₂Se₃納米薄片轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和DFT計(jì)算說明了CDs誘導(dǎo)骨架的生長機(jī)制，首次揭示了Bi₂Se₃的原位鋰化/脫鋰過程，表明緊密連接的異質(zhì)界面結(jié)合Bi-OC鍵的引入可以顯著改善其固有的電子導(dǎo)電性，并驗(yàn)證了高度互連的3D骨架能夠?qū)崿F(xiàn)快速的電子/離子傳輸和自適應(yīng)體積膨脹。

圖1. Bi₂Se₃/CDs復(fù)合材料儲(chǔ)鋰過程的機(jī)理分析

由于改善的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，Bi₂Se₃/CDs復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，顯示出超快充電能力（在20 A g^-1下充電27s容量即可達(dá)到165 mAh g^-1）和持久的循環(huán)穩(wěn)定性（1 A g^-1下950次循環(huán)后容量為502 mAh g^-1），遠(yuǎn)優(yōu)于類似材料。

更重要的是，這種開發(fā)的簡便高效的CDs定制方法也可以擴(kuò)展到將其他 2D 材料轉(zhuǎn)化為具有可調(diào)結(jié)構(gòu)、形態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)的3D自組裝納米材料，以增強(qiáng)電化學(xué)儲(chǔ)能性能。

圖2. Bi₂Se₃/CDs復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能

Hierarchical Bismuth Composite for Fast Lithium Storage: Carbon Dots Tuned Interfacial Interaction, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.019

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