黏土礦物是一類(lèi)具有典型層狀結構的含水鋁硅酸鹽礦物，因特殊的晶體化學(xué)特征（SiO2含量可達60%）及獨特的天然納米層狀結構，廣泛應用于工農業(yè)生產(chǎn)各個(gè)方面，是重要的非金屬礦產(chǎn)資源。
　　
　　我國黏土礦物資源儲量豐富、廉價(jià)易得，有明顯的資源優(yōu)勢，但目前我國黏土礦物資源利用水平卻較低，產(chǎn)品附加值不高，急需實(shí)現黏土礦物高值利用基礎理論與關(guān)鍵技術(shù)的突破。
　　
　　低碳經(jīng)濟和我國“雙碳”戰略的時(shí)代背景下，以鋰電池為代表的新能源經(jīng)濟為黏土礦物資源的高值利用提供了發(fā)展契機。與鋰金屬等正極材料相對應的負極材料也是生產(chǎn)電池的關(guān)鍵組成部分，“硅”被認為是最具應用前景的下一代鋰電負極材料，其理論比容量遠優(yōu)于商業(yè)石墨負極材料。硅納米化已被證實(shí)是提升硅負極儲鋰性能的重要途徑之一。然而，納米硅的低成本規模制備技術(shù)目前仍未突破，嚴重制約其在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應用。
　　
　　中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所副研究員陳情澤和研究員朱潤良等，在探明黏土礦物微觀(guān)結構及反應特性的基礎上，提出了利用黏土礦物制備高性能硅納米材料的新技術(shù)，并取得系列進(jìn)展。
　　
　　在前期工作中，他們綜合利用黏土礦物的天然納米結構和較高硅含量的特點(diǎn)，研制了從零維納米顆粒、一維納米棒、二維納米片到三維多孔結構的多種硅納米材料，揭示了黏土礦物與納米硅之間的結構對應關(guān)系及反應機制；利用黏土礦物對層間有機物的納米限域保護效應，制備黏土礦物和類(lèi)石墨烯間層復合物，通過(guò)進(jìn)一步還原改造，研制了儲鋰循環(huán)穩定性更好的硅基納米復合負極材料（如硅碳、硅碳化硅等復合材料），實(shí)現了對納米硅形貌和組分的精確調控。
　　
　　通過(guò)放大實(shí)驗，研究人員確立了機械化學(xué)還原黏土礦物制備納米硅的新方法（圖），通過(guò)對黏土礦物和還原劑混合物的一體化高能球磨，成功合成了系列硅納米材料。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　1、一體化生產(chǎn)。通過(guò)高能機械球磨生熱引發(fā)金屬熱還原反應，無(wú)需額外能量輸入，同時(shí)保證固相反應的均勻性，簡(jiǎn)化工序，減少副反應，提高納米硅產(chǎn)率。
　　2、保留納米結構。黏土礦物的納米級八面體片層可作為模板和吸熱劑，使生成的納米硅在劇烈放熱反應過(guò)程中仍能維持結構，克服了機械法在控制納米硅形貌上的局限性。
　　3、原料簡(jiǎn)單易得。該方法所用原料豐富、工藝簡(jiǎn)單、容易放大，有利于納米硅的規?；苽?。將所得硅納米材料用作鋰離子電池的負極材料，其在半電池和全電池中均表現出優(yōu)異的儲鋰性能。

（a）黏土礦物制備納米硅示意圖；（b）黏土礦物片層形貌；（c-g）保留黏土礦物典型納米片狀結構的納米硅形貌特征　　

　　
　　相關(guān)成果發(fā)表在《應用表面科學(xué)》（Applied Surface Science）和《化學(xué)通訊》（Chemical Communications）上。研究工作得到廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目、廣東省杰出青年基金項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )項目等的支持?！　?br /> 　　
　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433223002428#s00751
　　https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/CC/D3CC04403C#!divAbstract
　　　　
　　資料來(lái)源：廣州地球化學(xué)研究所