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吡啶氮摻雜碳納米薄片應用于高穩定的鋰硫電池中的促進硫釋放反應的研究
論文背景介紹 ?
鋰硫電池因其理論能量密度高而受到人們的高度評價。除了多硫化鋰的溶解、鋰化過程中的體積膨脹和硫的絕緣性質導致硫利用率低外，終放電產物鋰的不可逆相變被認為是鋰硫電池容量下降的主要原因之一。幸運的是，新興的材料科學和納米技術使解決上述挑戰成為可能，建設碳硫復合材料陰極被認為是一種經濟有效的方法。
目前，基體材料的多孔結構和吸附/擴散性能是復合硫陰極設計需要考慮的主要因素。然而，另一個重要的因素，Li2S的激活，卻經常被忽略。終放電產物Li2S的不可逆相變是導致鋰電池容量下降的主要原因之一。
在本文研究中，作者開發了一種高效的螯合方法來合成具有可控濃度和可調氮結構的高度多孔N摻雜碳材料，基于吡啶氮N摻雜納米片的復合硫陰極顯示出更好的循環穩定性和更高的容量。其中，制備具有可控氮濃度和可調氮結構的高孔隙氮摻雜碳有挑戰性。
使用XPS對合成的多空N摻雜碳材料進行了表面元素化學態的表征。
合成工藝中，使用5克尿素或2、3、3.5、4和5克三聚氰胺合成的氮摻雜碳的名稱分別縮寫為N5U-C或N2M-C，N3M-C，N3.5M-C，N4M-C和N5M-C。
使用XPS分析這6個樣品的化學成分，譜圖顯示由C、N、O組成。XPS譜圖顯示，N5U-C和N3.5M-C的元素組成相似，有利于比較不同氮結構在Li-S電池中的工作機理。N5U-C、N3.5M-C和其他4個樣品的高分辨率N1s譜可以分為吡啶N(≅ 398.4 eV)、吡咯N(≅ 399.8 eV)和石墨化N(≅ 401.5 eV)三個不同的峰。顯然，N5U-C的主要摻雜結構是吡咯基N，N3.5M-C的主要結構為吡啶N。高分辨率C1 s譜圖證明了碳氮鍵(285.8 eV)的存在，被認為可以提高LiPSs的捕獲能力。
結果表明，通過改變氮源的類型和用量，可以實現氮濃度和氮結構的隧道化。
作者：袁華棟 浙江工業大學
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