北京化工大学于乐教授/李念武副教授AFM:MoP纳米片修饰N掺杂碳纳米纤维用于无枝晶锂金属负极_化工塑胶_资讯

北京化工大学于乐教授/李念武副教授AFM:MoP纳米片修饰N掺杂碳纳米纤维用于无枝晶锂金属负极

2024-05-11 11:00 浏览:6

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金属锂由于其理论比容量高、氧化还原电位低，是锂离子电池极具潜力的负极材料。然而，在电镀/剥离过程中，枝晶的不可控生长和巨大的体积膨胀严重阻碍了金属锂的实际应用。作者通过建构一种MoP纳米片修饰N掺杂碳纳米纤维(NCNF@MoP)作为潜在载体用于解决上述挑战。在固体电解质界面相形成过程中，MoP纳米片可以转化为具有高亲锂性的金属Mo物种和具有高离子电导率的Li₃P相，同时整个载体转化为离子/电子混合导电网络，用于降低成核过电位，加速电极/电解质界面的扩散动力学。

当使用NCNF@MoP载体组装的对称细胞在电流密度为1 mA cm⁻²的条件下呈现出10 mV的成核过电位，且能够长期循环2500 h。此外，Li-NCNF@MoP||LiFePO₄全电池在5C (1C = 169 mA g^-1)的高电流密度下，在经过2200次循环后仍保持了92.6%的较高容量。该成果以题为“Formation of N-Doped Carbon Nanofibers Decorated with MoP Nanoflakes for Dendrite-Free Lithium Metal Anode”在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表，本文第一作者为北京化工大学硕士生陈笃鸿和博士生陈晨，通讯作者为北京化工大学于乐教授和李念武副教授，通讯单位为北京化工大学。

图文导读

图1. (a) NCNF@MoP的合成示意图。Ⅰ) MoO₂(acac)₂与盐酸多巴胺的化学反应。II)表面处理和磷化工艺。(b) MoO₂(acac)₂/PAN，(c) PAN@Mo-BPN和(d) NCNF@MoP的FESEM图。(e) NCNF@MoP的TEM图像。(f,g) HRTEM和单个MoP纳米片的放大图像。

图2. (a) C 1s，(b) Mo 3d和(C) P 2p的XPS谱图。(d) 密度泛函理论(DFT)计算中Mo(100)、吡咯N、吡啶N、石墨烯和石墨烯N的模型。(e) 不同种类锂原子的Ea计算结果总结。(f) 电流密度为1 mA cm⁻²初始镀锂时不同载体的电压分布图。(g) NCNF@MoP载体在不同循环下镀/剥离锂的电压分布图。

图3. (a) 初始NCNF@MoP载体，及沉积容量为(b) 4mAh cm⁻²，(c) 8mAh cm⁻²，(d) 12mAh cm⁻²后载体的FEESM图像。(e) NCNF@MoP载体和(f) NCNF载体在5 mA cm⁻²电流密度下不同时间的金属锂沉积过程的原位光学图。

图4. 采用不同电极的对称电池在电流密度为(a) 1mA cm^-2、1mAh cm^-2和(b) 3mA cm^-2、3mAh cm^-2时的恒流放电/充电电压曲线。(c) 基于不同电极组装的对称电池的速率性能。

图5. (a) Li-NCNF@MoP||LFP、Li-NCNF||LFP和Li-Cu||LFP全电池的倍率性能。(b) Li-NCNF@MoP||LFP、Li-NCNF||LFP和Li-Cu||LFP全电池在5C下的长循环。(c) Li-NCNF@MoP||LFP、Li-NCNF||LFP和Li-Cu||LFP全电池在1C低N/P比的条件下的循环性能。

通讯作者简介

李念武 副教授简介：北京化工大学化学工程学院副教授、硕士生导师。主要从事锂金属二次电池及固态电池的研究，在纳米复合金属锂负极、聚合物电解质、先进碳材料等方面积累了丰富的研究经验。在Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Journal of The American Chemical Society, Nature Communications, Advanced Functional Materials等著名期刊上发表论文总数超过70篇，论文总引用7000多次，H因子34。负责国家自然科学基金青年基金一项，国家自然科学基金面上基金一项，作为骨干参与国家重点研发计划及中科院先导等项目。现负责教授本科课程《无机化学》、《物理化学II实验》，讲授研究生课程《储能材料》。

于乐教授简介：北京化工大学教授，博士生导师。2018-2022连续五年入选科睿唯安全球高被引科学家。主要从事新型微纳米结构功能材料设计与合成，尤其是中空纳米功能材料的优化设计与合成探索，并研究功能纳米材料在电化学储能转化领域，如锂/钠离子电容器、电池、电催化等的应用。现任《物理化学学报》编委、Energy & Environmental Materials、Green Energy & Environment和《稀有金属》青年编委。以共同作者身份在Science Advances、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Nature Communications、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Accounts of Chemical Research、Energy & Environmental Science等国际学术期刊发表了文章110余篇，包括45篇ESI高被引论文，11篇封面/内封底论文，1篇扉页论文和2篇VIP论文，SCI总引用24000余次，H-index为74。