多孔纳米立方FeSe2/石墨烯复合材料的可控构建及在钠离子电池中的应用

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210141

摘要/Abstract

摘要：

设计具有较高比容量和循环稳定性的负极材料对于钠离子电池的发展至关重要。过渡金属硒化物因其具有较高的理论容量而成为潜在的负极材料。但是，硒化物电导率低下且在钠离子嵌入/脱出的过程中会发生较大程度的体积膨胀，导致比容量快速下降。因此，结构调控显得尤为重要。通过常规水热法在二维还原氧化石墨烯（rGO）上原位生长多孔纳米立方体FeSe₂，制备了具有更多活性位点和结构更加稳定的FeSe₂/rGO复合材料。当用作钠离子电池的负极时，复合材料FeSe₂/rGO在0.2 A/g时比容量为694.6 mA?h/g，在2.0 A/g电流密度下，循环300圈后比容量为300 mA?h/g。

关键词: FeSe₂/rGO, 夹层结构, 钠离子电池, 负极材料

Abstract:

The design of anode materials with higher specific capacity and cycle stability is very important for the development of sodium ion batteries. Transition metal selenide has become a potential anode electrode material because of its higher theoretical capacity. However， selenide has a low conductivity and a large volume expansion occurs during the insertion/extraction of sodium ions， resulting in a rapid decrease in specific capacity. Therefore， structural control is particularly important. The FeSe₂/rGO composite material with more active sites and more stable structure was prepared by conventional hydrothermal method to grow porous nanocube FeSe₂in situ on two-dimensional reduced graphene oxide（rGO）. When used as an anode material for Sodium ion battery（SIBs）， the FeSe₂/rGO electrode has excellent rate capacity of 694.6 mA?h/g at 0.2 A/g， and high reversible capacity of 300.0 mA?h/g at 2.0 A/g after 300 cycles.

Key words: FeSe₂/rGO, Sandwich structure, Sodium ion batteries, Anode material

中图分类号:

O646

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图/表 6

图1 （A， B） Fe-PBA/rGO前驱体不同放大倍率的SEM图；（C，D） Fe-PBA前驱体不同放大倍率的SEM图；（E） Fe-PBA/rGO前驱体的TEM图；（F） Fe-PBA前驱体的TEM图

Fig.1 （A， B） SEM images of Fe-PBA/rGO with different magnifications；（C，D） SEM images of Fe-PBA；（E） TEM image of Fe-PBA/rGO；（F） TEM image of Fe-PBA

图2 （A， B） FeSe2/rGO不同放大倍率的SEM电子显微镜图；（C） FeSe2@NC的SEM电子显微镜图；（D） FeSe2/rGO的TEM电子显微镜图；（E） FeSe2@NC的TEM电子显微镜图；（F） FeSe2/rGO复合物 SEM 图及铁、硒、氮元素分布

Fig.2 （A， B） SEM images of FeSe2/rGO with different magnifications；（C） SEM images of FeSe2@NC；（D） TEM image of FeSe2/rGO；（E） TEM image of FeSe2@NC；（F） EDS elemental mapping of FeSe2/rGO nanocomposites

图3 （A） FeSe2/rGO与FeSe2@NC的XRD图谱，（B）样品FeSe2/rGO的等温吸附曲线及其孔径分布曲线

Fig.3 （A） XRD pattern of FeSe2/rGO and FeSe2@NC，（B） N2 adsorption/desorption isotherms and pore size distributions （inset） of FeSe2/rGO

图4 FeSe2/rGO纳米复合物的 X 射线光电子能谱图（A）全谱图；（B）Fe2p；（C）Se3d；（D）N1s

Fig.4 XPS survey spectra （A）， and high-resolution spectra of Fe2p （B），Se3d （C），N1s （D） for FeSe2/rGO nanocomposite

图5 （A） FeSe2/rGO 复合物在0.1 mV/s扫速下电压窗口为 0.01~3.0 V下前3圈的CV曲线；（B） FeSe2/rGO复合物前3圈的电流密度为0.2 A/g的恒流充放电曲线；（C）在不同电流密度下FeSe2@NC与FeSe2/rGO电极材料的倍率性能；（D）在电流密度为2.0 A/g下FeSe2@NC与FeSe2/rGO电极材料的循环性能图

Fig.5 （A） Cyclic voltammogram for initial five cycles at 0.1 mV/s and （B） galvanostatic discharge-charge curves of FeSe2/rGO electrodes at 0.2 A/g；（C） The rate properties of FeSe2@NC， FeSe2/rGO；（D） Cycle performance of FeSe2@NC and FeSe2/rGO electrodes at 2.0 A/g

图6 FeSe2与FeSe2/rGO电极材料的（A）电化学阻抗及（B）离子传导率

Fig.6 （A） The Electrochemical impedance and （B） ionic conductivity of FeSe2 and FeSe2/rGO electrode materials

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多孔纳米立方FeSe₂/石墨烯复合材料的可控构建及在钠离子电池中的应用

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