倒计时1天锡纳米颗粒原位修饰的氮掺杂

成果简介

新加坡南洋理工大学楼雄文教授和北京化工大学于乐教授在国际知名期刊ScienceAdvances上发表题为“ConfiningSnnanoparticlesininterconnectedN-dopedhollowcarbonspheresashierarchicalzincophilicfibersfordendrite-freeZnmetalanodes”的文章。在本研究中，作者设计制备了锡纳米颗粒原位修饰的氮掺杂空心碳球连接而成的三维复合纤维网络（Sn

NHCF）作为锌金属负极的载体。其中由空心碳球交联而成的三维导电框架可以降低局部电流密度，从而实现均匀的电场分布；此外，分级中空纤维结构提供了足够的内部空间，不仅可以有效降低沉积/剥离过程中的结构应力、缓解体积膨胀、增强结构稳定性，而且可以为锌金属的沉积提供充足空间。通过实验观察和密度泛函理论计算表明，锡纳米颗粒和氮掺杂的碳具有亲锌性，能够引导金属锌在中空纤维的内外表面均匀沉积。正如预期设计，Sn

NHCF-Zn电极在对称电池和全电池中表现出优异的可逆性和良好的循环稳定性。

图文速览

图1.Sn

NHCF载体制备流程。(A)Sn

NHCF合成示意图。(B,F)SiO2纳米球，(C,G)SiO2

SnO2核壳纳米球，(D,H)SnO2空心球以及(E,I)SnO2

SiO2/RF(SSR)空心球的(B-E)扫描电镜图像和(F-I)透射电镜图像图2.SSR

PF和Sn

NHCF的形态表征。SSR

PF的(A)扫描电镜和(B,C)透射电镜图像。Sn

NHCF的(D)扫描电镜和(E)透射电镜图像。Sn

NHCF的(F)高角度环形暗场图像和(G-I)相应元素映射图3.Sn

NHCF和锌箔上的锌沉积行为。(A)锌在锌箔和Sn

NHCF上沉积的示意图。Sn

NHCF在镀锌前后的FEESM图像，对应面积比容量为(B)0mAhcm-2，(C)2mAhcm-2和(D)12mAhcm-2。在10mAcm-2的电流密度下，在不同时间对(E)锌箔和(F)Sn

NHCF的锌沉积过程进行的原位光学观察

结论与展望

作者报道了通过多步策略有效制备了嵌入锡纳米颗粒的氮掺杂空心碳球互联三维纤维网络作为亲锌载体。得益于亲锌载体对水分解具有弱的电催化活性、与锌的强相互作用、三维网络减小局部电流密度、以及促进离子转移等优势，Sn

NHCF可以调节锌的成核和生长行为，引导锌在纤维的内外表面均匀沉积。更重要的是，中空纤维内的大量空隙可以缓解小时以上长期充放电时的结构应力。同时，在放电深度为30%和50%的情况下，Sn

NHCF-Zn电极仍然可以稳定循环h和h。此外，由Sn

NHCF-Zn负极和商用V2O5正极组装的水系锌金属电池可以稳定循环次以上，表现出良好的可逆性和循环稳定性。H.Yu,Y.X.Zeng,N.W.Li,D.Y.Luan,L.Yu*andX.W.Lou*,ConfiningSnnanoparticlesininterconnectedN-dopedhollowcarbonspheresashierarchicalzincophilicfibersfordendrite-freeZnmetalanodes.Sci.Adv.8,eabm().预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇

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