安徽師範大學耿保友Angew.Chem.Int.Ed.：通過簡單的干法高產量製備了具有三維網狀結構的FeOx/C複合材料

【引言】

納米尺度的過渡金屬氧化物，由於理論容量高，被認為是潛在的鋰離子電池負極材料。然而，循環過程中的低導電性、較大的體積效應，往往會導致活性物質的團聚、粉化，造成電化學性能低下。碳基過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料具有很好的循環性能，一直是研究熱點，尤其是3D結構碳基過渡金屬複合材料，因其獨特的結構而備受關注。研究人員已提出多種類型碳基過渡金屬氧化物的製備，如與石墨烯、碳納米管等材料複合，但往往受制於複雜的製備過程和高昂的成本，很難實現商業化。因此，用簡單的方法合成3D結構的碳基過渡金屬氧化物材料，並將其應用在鋰離子電池電極上的研究備受關注。

【成果簡介】

近日，安徽師範大學耿保友教授（通訊作者）課題組在期刊Angew. Chem. Int. Ed. 上發表了一篇以Scalable Dry Production Process of a Superior 3D Net-Like Carbon-Based Iron Oxide Anode Material for Lithium-Ion Batteries為題的文章。研究人員採用一種簡單、高產量的干法合成三維網狀結構的碳包覆FeOx複合物並將其應用於鋰離子電池負極材料上。該法首先將濾紙完全浸潤在硝酸鐵溶液中，使Fe3+吸附在其纖維上，再利用在氮氣氛圍下的高溫熱解和炭熱還原反應，使得硝酸鐵最終形成鐵的氧化物和單質鐵，而濾紙中的纖維則形成三維網狀結構的碳包覆在FeOx的外層。通過改變煅燒溫度，研究人員發現了750oC的高溫可形成良好的包覆結構。同時，研究人員對比了不同紙張對該材料形貌的影響，最終選出濾紙作為材料的吸附載體。製備出的3D網狀FeOx/C具有獨特的優勢。首先，由於碳層結構的存在，避免了金屬氧化物納米顆粒直接暴露在電解液中，可以提高固體電解質界面（SEI）膜的穩定性。其次，由於具有高導電的碳層和Fe，體積效應可以有效降低，有利於提高電化學性能。這種複合材料可以用於鋰離子電池電極材料，不僅因為其良好的性能，而且合成方法簡單且無污染。

【圖文導讀】

圖1. 3D 網狀結構的FeOx/C 複合物的合成示意圖

圖2. 3D 網狀結構的FeOx/C 複合物的組分分析圖

分析證明該材料中含有Fe、O、C三種元素，且Fe、O分布在C中。

圖3. 3D 網狀結構的FeOx/C 複合物的形貌表徵圖

圖可以看出碳的3D網狀以及包覆結構。

圖4. 3D 網狀結構的FeOx/C 複合物性能圖及其與各類其他材料的性能對比

【小結】

研究人員開發了一種簡單的方法合成3D網狀結構的FeOx/C材料並將其應用於鋰離子電池電極材料中。這種材料結合了碳及過渡金屬氧化物二者的優點，展現了良好的充放電性能及循環性能。值得注意點是，這種複合材料不僅可以作為鋰離子電池的電極材料，而且其合成方法簡單、環保。其原料成本低，簡單，無毒，這種複合材料可以規模化生產，從而提高該材料的實用性。

文獻鏈接：Scalable Dry Production Process of a Superior 3D Net-Like Carbon-Based Iron Oxide Anode Material for Lithium-Ion Batteries (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201707647)

本文由材料人編輯部背逆時光整理。

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