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天津工業大學Jingjing Chen課題組--PVP輔助合成具有可調晶面間距的g-C3N4衍生的N摻雜石墨烯作為高性能鋰/鈉離子電池負極
       碳材料引起了廣泛的關注,并被廣泛用作可充電鋰離子/鈉離子/鉀離子電池的負極。關于堿金屬離子的各種半徑,碳層間的可逆嵌入和脫嵌需要不同的晶面間距。在這項工作中,在聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 的輔助下,使用石墨氮化碳 (g-C3N4) 作為前驅體合成了具有可調晶面間距的N摻雜石墨烯。獲得的可調晶面間距在0.34 nm至0.45 nm范圍內,主要歸因于高氮摻雜水平(9.9-33.7 at.%),尤其是吡咯氮。作為鋰離子電池(LIBs)和鈉離子電池(SIBs)的負極材料,在0.05 A/g的電流密度下,LIBs的比容量為1236 mAh/g,SIBs的比容量為300 mAh/g,循環穩定性好,證明了所得N摻雜石墨烯具有可接受的倍率能力。比較研究了晶面間距對LIBs和SIBs電化學性能的影響。這項工作概述了合成具有可調晶面間距的N摻雜石墨烯的路線,以滿足在可充電Li+/Na+/K+離子電池中作為負極單元化的各種要求。
 
  
Figure 1. g-C3N4 前驅體和不同溫度下g-C3N4-衍生的N摻雜石墨烯的 (a) XRD圖譜、(b) FTIR 光譜和 (c) 拉曼光譜。(d) g-C3N4、PVP和g-C3N4/PVP的TG曲線;(e) 在PVP的輔助下,N摻雜石墨烯轉化的示意圖。
 
 
Figure 2. (a) 電導率分析; (b) N2吸附-解吸等溫線;(c) 孔隙尺寸分布曲線;(d) XPS 全譜;(e) 高分辨率 C 1s;(f) g-C3N4前驅體和不同溫度下g-C3N4-衍生的N摻雜石墨烯的高分辨率N 1s光譜。
 
  
Figure 3. (a-c) SEM圖像;(d-f) TEM圖像;(g-i) HRTEM圖像;(j-l) 合成的NG-700、NG-750和NG-800樣品的晶面間距示意圖。
 
  
Figure 4. 合成的N摻雜石墨烯的電化學鋰存儲性能。
 
 
Figure 5. 合成的N摻雜石墨烯的電化學Na+存儲性能。
 
  
Figure 6. (a) LIBs和 (b) SIBs中N摻雜石墨烯的GITT曲線; (c) Li+離子和 (d) Na+離子化學擴散系數。
 
 
Figure 7. LIBs:(a) 在不同掃速下的CV曲線;(b) log(i) vs log(v) 圖;(c)中,NG-750電極在不同掃速下的電容和擴散控制電荷存儲的貢獻率。SIBs:(d) 在不同掃速下的CV曲線; (e) log(i) vs log(v) 圖;(f) NG-700 電極在不同掃速下的電容和擴散控制電荷存儲的貢獻率。
 
        相關研究成果于2021年由天津工業大學Jingjing Chen課題組,發表在Carbon(https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.12.010)上。原文:PVP-assisted synthesis of g-C3N4-derived N-doped graphene with tunable interplanar spacing as high-performance lithium/sodium ions battery anodes。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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