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廣工大ACS Nano：MOF衍生的超細(xì)Sb@多孔碳八面體實(shí)現(xiàn)高性能鈉離子電池

由于高比容量，合金型負(fù)極材料被認(rèn)為是除嵌入型碳質(zhì)材料之外的有前景的鈉儲(chǔ)存材料。然而，Na⁺嵌入/脫嵌過程中巨大的體積變化引起的容量快速衰減阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

廣東工業(yè)大學(xué)黃少銘、Wei Zhang等人通過在金屬有機(jī)骨架（MOF）衍生的八面體碳骨架中原位取代銅納米顆粒制備了一種嵌入多孔碳納米復(fù)合材料的超細(xì)銻（Sb@PC），并進(jìn)一步探索了它們?cè)阝c離子電池（SIBs）負(fù)極方面的潛力。

所獲得的Sb@PC復(fù)合材料顯示出高比容量（0.1 A g^-1下200次循環(huán)后為634.6 mAh g^-1）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（0.2 A g^-1下500次循環(huán)后為474.5 mAh g^-1），和高倍率性能（2.0 A g^-1時(shí)為517.6 mAh g^-1）。

Sb@PC的這種增強(qiáng)的電化學(xué)性能源于受限的超細(xì)Sb納米晶體，它可以減少重復(fù)放電/充電過程中產(chǎn)生的應(yīng)變并縮短離子擴(kuò)散距離。此外，MOF衍生的三維多孔碳骨架不僅提高了整體電導(dǎo)率并促進(jìn)了Na⁺的擴(kuò)散，而且還緩沖了大的體積變化并抑制了重復(fù)鈉化/脫鈉過程中Sb納米顆粒的團(tuán)聚。

圖1 Sb@PC的電化學(xué)性能

非原位X射線衍射和原位拉曼分析清楚地揭示了鈉化和脫鈉過程中的五階段反應(yīng)機(jī)制，并證明了Sb@PC對(duì)鈉存儲(chǔ)的優(yōu)異可逆性。此外，實(shí)驗(yàn)后分析表明，Sb@PC強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)完整性可以承受連續(xù)的Na⁺嵌入/脫嵌。這項(xiàng)工作可為先進(jìn)二次電池的高容量合金型負(fù)極材料的有效設(shè)計(jì)提供見解。

圖2 Sb@PC的儲(chǔ)鈉機(jī)理分析

Metal–Organic Framework Derived Ultrafine Sb@Porous Carbon Octahedron via In Situ Substitution for High-Performance Sodium-Ion Batteries. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05458

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