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Small:氧化石墨烯相转移披“战甲”控制晶粒的成核和生长构筑快速储钠的石墨烯复合材料
2021-01-11 20:55  

由于纳米粒子具有表面性质、尺寸和量子效应可调等特点,因而在储能和催化领域显示出独特的优势。暴露于纳米活性粒子表面的原子上有大量悬空键,具有较高的表面能,可以迅速地与电解质离子发生作用。通常,这些活性纳米粒子在基底上的成核和均匀生长取决于界面处的成核位点和局域离子浓度梯度。因而如何将超细活性粒子以均匀、稳定、高密度的形式锚定在导电基底上是一项重大挑战。

合理地调控金属前驱体与碳基质之间的表界面性质是实现活性组分在基底表面均匀且小尺寸分布的有效策略。表面活性剂可通过共价键的形式将金属颗粒锚定在碳基底表面,实现活性组分的均匀分布;利用聚合物单体的原位聚合与络合作用可有效将金属前驱体负载于导电基底表面,而且可实现金属活性组分尺寸的调控并提高其测试稳定性。同样,金属有机框架化合物具有开放的金属节点和周期性的框架结构,有机配体与金属离子间的配位键对金属元素在高温煅烧过程中的团聚现象有很好的抑制作用,从而有利于构筑小尺寸且均匀分布的碳/金属基复合材料。然而,金属前驱体与碳基底之间通常需要杂原子来构筑强的化学键和作用,而这些杂原子的引入增加了对复合材料电化学性能研究的复杂性,不利于深入揭示材料本征的储能特性。

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近日,大连理工大学化工学院邱介山教授和于畅教授提出了一种氧化石墨烯相转移披“战甲”控制晶粒成核和生长的策略,实现了石墨烯基超细纳米粒子的可控制备。在由液态石蜡、水和氧化石墨烯构成的水包油乳状液中,原位引入的Ni(OH)2强锚定在氧化石墨烯表面,打破了原有的油--固界面平衡,引发了乳滴的聚结和溶并作用,实现油--固三相界面向水--固界面的反转,促进了Ni(OH)2/氧化石墨烯固相表面具有惰性保护作用的油层“战甲”的形成,从而实现了石墨烯负载超细纳米颗粒复合材料的制备。

区别于传统工艺中通过强的化学键合作用在基底表面稳定金属颗粒,该策略不需要引入额外的杂原子或配位基团,通过利用油层“战甲”对金属盐离子的不溶性,有效降低了固相表面活性位点处的局域离子浓度,从而抑制了纳米颗粒的进一步成核和生长。产物中Ni0平均尺寸为7 nm,载量最高可达66%。将其磷化后用于钠离子电池负极,5 mV s-1电流密度下的赝电容储能比例高达95.7%,在快速储能领域展现出极大的应用潜力。这一新技术为精细纳米颗粒的可控精合成提供了全新的思路。


成果发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202005119)

转自微信公众号 Materials Views  https://mp.weixin.qq.com/s/YvU62wtPrigVIXa2DJ5sfw

 

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