近日，国际能源期刊《Journal of Materials Chemistry A》在线刊登了我院赵世强副教授指导的研究论文“A Robust Solvothermal-Driven Solid-to-Solid Transition Route from Micron SnC2O4 to Tartaric Acid-Capped Nano SnO2 Anchored on Graphene for Superior Lithium and Sodium Storage”。
二氧化锡(SnO2)具有高容量、合适电势等突出优点，被广泛认为是下一代锂或钠离子电池(LIB/SIB)的理想高性能负极材料。然而，常规合成方法往往生成微米尺度的SnO2大颗粒，导致导电性差、体积膨胀大、Sn粗化严重等问题，使得电池展现出差的循环稳定性和倍率性能，阻碍了其实际应用。本工作中（图1），研究团队开发了一种新颖的溶剂热驱动固-固转化(SDSST)策略，在SnC2O4微米棒牺牲模板的上原位生长酒石酸(TA)修饰的超小SnO2纳米颗粒(NPs)。随后，利用简易的球磨结合溶剂蒸发处理方案，实现了TA修饰SnO2 NPs和还原氧化石墨烯(rGO)的均匀复合以及质量比精准控制。
图1. 溶剂热驱动固-固转化(SDSST)合成策略示意图，SnO2 NPs-rGO纳米复合材料作为锂/钠离子电池负极的循环稳定性能图。
设计合成的高匀度层层组装SnO2 NPs-rGO纳米复合材料在1000 mA g-1和20 mA g-1的800次和100次循环后，分别保持1775和463 mAh g-1的高储锂和储钠容量，其储锂循环寿命长达4000次循环。通过对循环后电极的系统电化学和结构组成表征分析，证实SnO2 NPs-rGO实现了SnO2的完全可逆三步锂化-脱锂反应，然而储钠反应主要基于Sn与SnO之间的高可逆转化反应和Sn与NaxSn(0≤x≤3.75)之间的部分可逆合金化-脱合金化反应。经结构-功能关系探究，揭示出在rGO稳定基质中均匀包封TA修饰SnO2 NPs有如下优异特性：（1）有效抑制电极体积膨胀，从而获得优异的电池循环稳定性；（2）显著加速离子/电子传递，获得优异的反应动力学，实现电池高倍率性能；（3）强有力地抑制Sn粗化，增强电池电极反应可逆性，延长电池寿命；（4）大幅提高电极的电容储锂容量贡献，获得额外的能量存储。
该研究工作中控制合成的SnO2 NPs-rGO纳米复合材料作为锂/钠离子半电池和全电池负极材料均展现出了杰出的储锂/钠循环稳定性和倍率性能，具有较高的潜在实际应用价值。提出的溶剂热驱动固-固转化（SDSST）策略，可作为一种简单而可靠的合成纳米尺度材料的普适性策略，实现在纳米颗粒高效修饰剂辅助下，通过亚稳态固体前驱体逐步缓慢转化制备多种类型纳米功能材料。
我校为第一通讯单位，我院2020级研究生谢富荣为第一作者，我院王舜教授、赵世强副教授与新加坡国立大学林志群教授为通讯作者。该研究工作受到国家自然科学基金（21905208）和省自然科学基金（Y23B030001）的资助。
【原文链接】：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta07435d
【课题组主页】：/info/2573/38270.htm
【科研团队主页】：http://carbonenergygroup.wzu.edu.cn/index.htm
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