具有增强储锂性能的均一石榴状过渡金属氧化物@氮掺杂碳纳米簇

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       可充电锂离子电池(LIBs)由于其具有能量密度高、寿命长、环境友好等优点，可作为电动/混合动力汽车和能源存储设备的高性能电源。为满足日益增长的高性能LIBs的需求，研究人员一直致力于以过渡金属氧化物(TMOs)(如Fe3O4、Mn3O4、NiO、ZnO)代替传统的石墨。由于TMOs具有理论可逆容量高、成本低、储量丰富等优势，已引起了研究人员特别的关注。然而其仍存在循环性能较差、倍率容量低等不足，应归因于充放电循环中巨大的体积变化以及较低的电导率。因此，比容量高、循环稳定性好的TMO基阳极的设计和合成亟待研究。

       近日，东北师范大学苏忠民教授、王春刚教授和李鹿博士(共同通讯作者)等首次通过简单的一锅法大规模制备了由超微过渡金属氧化物@氮掺杂碳(TMO@N-C)亚结构(直径约4 nm)组成的均一石榴状纳米簇(NCs)，并在Adv. Energy Mater.上发表了题为“Uniform Pomegranate-Like Nanoclusters Organized by Ultrafine Transition Metal Oxide@Nitrogen-Doped Carbon Subunits with Enhanced Lithium Storage Properties”的研究论文。以石榴状Fe3O4@N-C纳米簇为例，上述独特的结构为电化学反应提供了较短的Li+/电子扩散途径，提升了导电性和循环过程的结构稳定性，进而获得了优越的电化学性能。实验结果表明，石榴状Fe3O4@N-C纳米簇具有高的比容量(0.5 A·g-1下100圈后1204.3 mAh·g-1)、稳定的循环寿命(1 A·g-1下1063.0 mAh·g-1，1000圈后保留98.4%)以及优秀的倍率容量(10 A·g-1下606.0 mAh·g-1，保留92.0%；20 A·g-1下417.1 mAh·g-1，1000圈后91.7%保留)。