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图1.石墨烯包覆ZnO-Mn-C纳米片组装空心微球的合成示意图。
如图1所示,实验以自制的柠檬酸锌实心微米球为锌源,通过两次简便的室温静电吸附过程合成氧化石墨烯包覆柠檬酸锌锰空心微球前躯体,接着在惰性气氛下热处理合成最终产物,即还原氧化石墨烯包覆ZnO-Mn-C纳米片组装空心微球。
图2.石墨烯包覆ZnO-Mn-C纳米片组装空心微球的形貌及微结构表征。
如图3所示,石墨烯包覆ZnO-Mn-C纳米片组装空心微球作为锂离子电池负极在100 mA/g电流密度下循环时,其首次库伦效率为67.3%;经过小电流(300 mA/g)活化后该负极材料在大的电流密度(2000 mA/g)下充放电时表现出优异的循环稳定性,1000次循环后可逆容量约为843 mA h/g;长循环后仍表现出高的倍率性能,在5000 mA/g电流密度下的可逆容量约为422 mA h/g。
图3.石墨烯包覆ZnO-Mn-C纳米片组装空心微球的储锂性能。
如图4所示,作者通过DFT模拟计算了样品内部氧空位引起的电荷转移现象,并指出氧空位引起的面内局域电场有利于循环过程中锂离子和电子的扩散迁移,能够提高电化学反应动力学特性和高倍率循环性能。
图4.氧空位引起电荷转移现象的理论计算及其对循环过程中电子和离子迁移扩散的加速作用。
致谢:
该研究成果获得国家重点研发计划“纳米专项”(No.2016YFA0202602),国家自然科学基金项目(Nos.51571167和51701169),福建省自然科学基金项目(No. 2017J05087),福建省高校青年自然基金重点项目(No.JZ160397)和福建省中青年教师教育科研项目(No.JAT160017)的大力支持。感谢武汉理工大学麦立强教授、厦门大学朱梓忠教授在材料性能测试和理论计算方面的大力支持。
参考文献:
Qingshui Xie, Pengfei Liu, Deqian Zeng, Wanjie Xu, Laisen Wang, Zi-Zhong Zhu, Liqiang Mai, and Dong-Liang Peng, Dual Electrostatic Assembly of Graphene Encapsulated Nanosheet-Assembled ZnO-Mn-C Hollow Microspheres as a Lithium Ion Battery Anode Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201707433.
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