石墨烯基2D材料由于其高电化学活性、快速载流子迁移率和高电子电导率,它在电化学能量存储方面显示出非凡的前景。然而,低的比容量(< 200 mAh g-1)和有限的离子传输严重阻碍了它们的实际应用。这里,使用金属-有机骨架衍生的钴@碳氮(Co@CN)修饰的水平排列氧化石墨烯(HAGO/Co@CN)阵列,作为独立阳极来解决这个问题,在高面积容量(> 5mAh cm−2)下实现稳定的循环测试。HAGO/Co@CN电极中高度互穿的氧化石墨烯框架加速了电子传输。此外,得益于先进的层状结构,HAGO/Co@CN电极表现出优异的结构稳定性和厚度无关的电化学性能。通过系统地调整电极内部GO/Co@CN纳米片的取向,优化电子/离子传输,在高载量下实现了高面容量和高速率特性。更重要的是,用NCM622作为阴极和GO/Co@CN作为阳极设计的全电池,在500次循环后,高容量保持率高于98%,具有商业级的可逆容量(2.3 mAh cm−2)。
Figure 1. (a)GO/Co@CN纳米片的合成工艺示意图,(b)随机排列GO/Co@CN纳米片的对照电极,(c)水平排列GO/Co@CN纳米片的电极示意图。
Figure 2. (a) HAGO/Co@CN电极的数码照片。(b-c)SEM图像。(d-f) HAGO/Co@CN电极的横截面SEM图像及相应的元素分布。(g-i)高分辨率透射电镜图像及相应的SAED模式。
Figure 3. (a-b) 两种电极的恒电流充放电曲线。(c)比容量保留率作为载量的函数。(d) 比较了倍率性能。(e) 电化学阻抗谱。(f)载量与电极厚度的关系。
Figure 4. (a) 不同电极的长期循环性能。(b) 对应于长期循环稳定性的电压曲线。(c) HAGO/Co@CN电极的面积容量。(d)面积容量比较。(e-f,i-j)循环前后的SEM图。(g-h,k-I)循环前后的横截面SEM图。
该研究工作由西安交通大学Shujiang Ding课题组于2021年发表在Journal of Material Chemistry A期刊上。原文:Metal-Organic-Framework derived Co@CN modified horizontally aligned graphene oxide array as free-standing anode for lithium-ion batteries。
丁书江
1978年生于黑龙江省哈尔滨市,西安交通大学理学院教授,博士生导师,教育部“新世纪优秀人才”,陕西省“青年科技新星”,西安交通大学腾飞特聘教授、西安交通大学青年拔尖A类入选者。研究工作涉及高分子/无机物纳米结构复合材料的设计,制备及其在电化学储能(锂/钠离子电池、锂硫电池、固态电池、燃料电池)、传感器、电驱动和电催化等方面的应用基础研究。以第一作者或者通讯作者身份在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Chem. Mater., J. Mater. Chem A等期刊上发表论文140余篇,其中14篇论文入选“基本科学指标数据(ESI)”高被引论文。并担任多个著名国际学术期刊的审稿人。在研项目包括国家自然科学基金面上和青年项目,博士点基金、陕西省基金等。获奖包括:2016年陕西青年科技奖,2017年陕西省高等学校科学技术奖一等奖(第一完成人)。2018年11月入选美国科睿唯安(Clarivate)交叉学科领域的高被引科学家,2019年1月入选爱思唯尔(Elsevier)中国高被引学者。
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