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IM电竞平台首页_钱磊教授CEJ: 多孔磷化铁纳米棒的空位和结构工程促进超级锂储存性能2021-09-17

作者: IM电竞平台首页

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研究布景

锂离子电池具有高能量和功率密度、长轮回机能、无记忆效应等特点,已渗入到从便携式电子装备到年夜型储能系统的各个方面,为了使电子产物更好处所便我们的糊口,开辟新一代高比容量负极材料代替低容量商用石墨负极势在必行。磷化铁材料因为铁、磷资本丰硕,本钱低廉,高比容量备受接待,但是年夜的体积膨胀和差的本征电导率限制了其利用。

为领会决上述错误谬误,研究人员进行了年夜量的探讨,如与碳材料复合,构建异质布局,调控布局等方式,但是这是远远不敷的。是以需要提出新的策略来进一步晋升锂贮存机能。

文章简介

基在此,来自山东年夜学的钱磊传授、冯金奎传授、赵兰玲副传授合作,在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上颁发题为“Vacancy and architecture engineering of porous FeP nanorods for achieving superior Li+ storage”的研究文章。

本文以DFT理论计较为指点,设计和制备了带有丰硕磷空位的MOF衍生多孔磷化铁纳米棒用来晋升锂离子电池轮回和倍任性能。

起首丰硕的磷空位作为电荷载体,调理了晶体内部的电子布局,提高了材料的导电性,其次以衍生碳为基体的纳米布局不但可以或许缩短锂离子的分散距离,并且减缓了体积转变,还加快锂离子和电子在内部布局中的迁徙速度。

图1 FeP (a)和V-FeP (c)的差分电荷密度散布;FeP (b)和V-FeP (d)的DOS图。

图2 V-FeP纳米棒制备示意图

图3 Fe-NTA先驱体(a)、Fe2O3 (b)、FeP (c)和V-FeP (d)纳米棒的FESEM图;V-FeP纳米棒的TEM图象(e和f);V-FeP纳米棒的HRTEM图象(g);V-FeP纳米棒的SAED图(h);V-FeP纳米棒的HAADF-STEM和C, N, Fe, P元素的mapping图象(i-m)。

4 FeP和V-FeP纳米棒的XRD图(a);FeP和V-FeP纳米棒的高分辩率XPS光谱:P 2p (b)和Fe 2p (c);FeP和V-FeP纳米棒的EPR光谱(d);FeP和V-FeP纳米棒的归一化Fe K边XANES光谱(e);傅立叶变换扩大x射线接收邃密布局(EXAFS)光谱的尝试(红圈)和拟合(黑线)成果:FeP: R空间(f)和K空间(g);V-FeP: R空间(h)和K空间(i)。

图5 V-FeP纳米棒在0.2 mV s−1下前三个轮回的CV曲线(a);在0.1 A g−1 下,V-FeP纳米棒在第1、2、3、50、100和120圈的充放电曲线(b);FeP和V-FeP纳米棒在0.1 A g−1 电流下的轮回机能(c);FeP和V-FeP纳米棒的倍任性能(d);V-FeP和FeP纳米棒在2.0 A g−1下的长轮回机能(e)。

图6 FeP和V-FeP纳米棒的电化学阻抗谱(a);V-FeP纳米棒的 Z~ ω-1/2低频拟合直线(b);0.2 ~ 1.2 mV s−1 扫描速度下V-FeP纳米棒的CV曲线(c);V-FeP纳米棒b值拟合曲线(d);扫描速度为1.0 mV s−1时,V-FeP纳米棒的电容进献(e); 分歧扫描速度下FeP和V-FeP纳米棒的电容容量进献比(f); V-FeP和FeP的GITT曲线,V-FeP和FeP 放电/充电进程中Li+的分散系数比力(g)。

文 章 要 点

要点一:密度泛函理论计较,经由过程差分电荷密度散布图,可以较着的看到P空位的存在致使了系统中电荷与非局域电子的局域堆积,有益在提高电导率。DOS图成果注解,Fe16P15具有金属性质。与Fe16P16比拟,Fe16P15在费米能级四周表示出更高的DOS,注解Fe16P15的本征电导率加强。Fe16P15的电荷密度增添,注解在电化学反映进程中有更多的载流子介入。

要点二:V-FeP的制备与布局表征,经由过程水热,煅烧,磷化和还原进程成功合成V-FeP.SEM与TEM图注解合成多孔V-FeP纳米棒布局,和纳米棒由年夜量碳包覆的纳米粒子构成,一方面减缓电化学反映进程中V-FeP体积的膨胀,另外一方面增进了导电率的晋升。

要点三:V-FeP材料磷空位的表征,经由过程分歧的表征手段对磷空位进行表征,如XPS 峰位的偏移, EPR光谱中在V-FeP样品中研究了g值为2.01的强对称EPR旌旗灯号,它是由V-FeP概况的P空位俘获的未配对电子引发的,和XAFS与ICP测试彼此验证,证实磷空位的存在,晋升电化学机能。

要点四:V-FeP的杰出的锂贮存机能

V-FeP的比容量,轮回与倍任性较着优在FeP材料,另外,在2 A g-1的年夜电流密度下,V-FeP在轮回1000圈后照旧可以或许连结590.7 mAh g-1 的高容量。

文章链接:Vacancy and architecture engineering of porous FeP nanorods for achieving superior Li+ storage.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132249

封面图来历图虫创意

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