西北大学三维自支撑结构-石墨烯@FeP@C纳米复合材料制备获重大突破

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       近日，西北大学化学与材料科学学院王惠教授领导的石墨烯研究团队提出了一种新的无表面活性剂室温条件下制备全方位石墨烯包裹FeP@C纳米复合材料的方法，这种“双碳修饰”的三维自支撑结构实现了在具有大容量和高稳定性的同时拥有较高的首次库伦效率。研究内容以题为“Rational Design of Three Dimensional Graphene Encapsulated with Hollow FeP@carbon        Nanocomposite as Outstanding Anode Material for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries”发表在ACS Nano期刊。指导的博士研究生王秀娟为论文的第一作者，团队成员刘肖杰为论文的共同联系人。

       FeP由于其高理论比容量（926 mAh g-1）和丰富的储量，而成为锂/钠离子电池负极材料的最佳候选之一。然而存在的问题是：FeP的导电性差，长寿命循环容量保持率低。
       有鉴于此，本文作者利用简便、低成本的碳包覆、磷化以及碳化反应将碳包覆的FeP全方位地包裹在石墨烯的片层中（图1和2）。这种“双碳修饰”的三维自支撑结构的“石墨烯@FeP@C”纳米复合材料，综合了结构稳定性、高导电性以及快速离子传导等优点。同时，外层碳包覆可以充当屏障阻止FeP纳米球与电解液的直接接触，使得石墨烯包裹的FeP@C纳米复合材料能够表现出优异的电化学性能，具有长的循环寿命以及高的循环稳定性。循环前后FeP纳米球的形貌与尺寸未发生变化（见图3）。实验结果与密度泛函理论计算均表明对FeP@C纳米球进行全方位地石墨稀包裹，在增强FeP电子电导的同时极大地缓解了体积膨胀效应。该研究实现了电流密度为1.1C时，300个循环之后，其比容量仍可达到~550 mAh·g−1理想结果。
       此外，作者深入研究了该复合材料作为电极的氧化还原机理以及电极材料充放电循环前后的形貌演变。还探究了不同充放电电压状态下，电极氧化还原反应的程度与电池容量的关系。本文的设计理念为以后合成“双碳修饰”的三维自支撑结构金属化合物具有深远的指导意义。
       文献链接：Rational design of Three Dimensional Graphene Encapsulated with Hollow FeP@carbon Nanocomposite as Outstanding Anode Material for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries. （ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b06625）