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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）氮摻雜石墨烯被認為是有應用前景的鋰離子電池電極材料，理論和實(shí)驗研究表明，氮摻雜石墨烯的儲鋰性能很大程度上依賴(lài)于氮摻雜量。然而，大量的氮原子摻雜到晶格里會(huì )降低其結構穩定性，故電池容量等電化學(xué)性能的進(jìn)一步提高和改善受到限制。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室（籌）博士生鄭方才和材料系碩士生楊陽(yáng)通過(guò)理論模擬計算，提出了邊緣氮摻雜和孔洞額外儲鋰的思想，并設計出了一種能實(shí)現邊緣氮摻雜，避免邊緣被羧基、羥基修飾的氮摻雜類(lèi)石墨烯粒子的制備工藝，制備了高氮摻雜的多孔類(lèi)石墨烯粒子。作為鋰離子電池電極材料表現出優(yōu)異的儲鋰性能。該研究成果發(fā)表在近期出版的《自然•通訊》上。
利用高含氮配合物ZIF-8為前驅物在惰性氣氛中焙燒一步法制備了高氮摻雜的類(lèi)石墨烯粒子。這種方法能有效地避免類(lèi)石墨烯粒子邊緣易生成羥基、羧基、環(huán)氧基等官能團，有利于氮原子在石墨烯晶格內及邊緣摻雜，提高摻雜量，如800℃制備的樣品其氮含量達17.72 wt%。此外，焙燒后所形成的類(lèi)石墨烯粒子聚集體內含大量孔洞，其內表面富含吡啶、吡咯型氮摻雜原子，理論模擬計算表明，這種孔洞可以提供額外的儲鋰容量。另外，這種特殊的孔道結構，有利于充放電循環(huán)過(guò)程中鋰離子和電解質(zhì)的傳輸，大大提高了鋰離子的遷移速率。這些結構優(yōu)點(diǎn)使所制備的氮摻雜類(lèi)石墨烯粒子的電化學(xué)性能得到了較大的提高，容量和循環(huán)穩定性都優(yōu)于目前文獻報道的氮摻雜碳材料，有潛在的應用前景。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金委和中科院等有關(guān)項目的資助。
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