樓雄文Angew. Chem. Int. Ed. : NiCo2V2O8蛋黃-雙殼球的形成及其增強儲鋰性能

【引言】

具有復雜內腔的中空結構(如蛋黃-殼和多殼結構)由于應用領域廣泛，引起了研究人員的極大關注。在能源相關領域已有研究表明，上述復雜的空心粒子不僅繼承了空心納米結構的優勢(如表面積高、容量變化小以及電極/電解液界面大)，而且提高了活性物種的質量分數，進而顯著提高電極材料的能量密度。基于上述優勢，研究人員制備了各種蛋黃-殼或多殼中空結構的電極材料，如Ni-Co氧化物蛋黃-殼納米棱柱、Co₃O₄@Co₃V₂O₈多殼納米立方體等。然而目前大多數空心粒子組成成分相對簡單，因此構筑同時具有復雜成分與復雜空心結構的電極材料富有挑戰但意義重大。

【成果簡介】

近日，新加坡南洋理工大學樓雄文教授(通訊作者)等利用簡單的自模板策略構筑了化學成分復雜的NiCo₂V₂O₈蛋黃-雙殼結構金屬釩酸鹽納米材料，并在Angew. Chem. Int. Ed.上發表了題為“Formation of NiCo₂V₂O₈ Yolk-Double Shell Spheres with Enhanced Lithium Storage Properties”的研究論文。該論文被選為重點論文(VIP paper)。作者以Ni-Co甘油配合物球為前驅體，通過與VO₃^-進行陰離子交換反應以及煅燒處理合成NiCo₂V₂O₈ 蛋黃-雙殼球體(YDSSs)。憑借成分和結構上的優勢，上述NiCo₂V₂O₈ YDSSs作為鋰離子電池負極的儲鋰性能十分優秀。此外，在1.0 A·g^-1的高電流密度下，500次循環后仍保留高達1228 mAh·g^-1的可逆容量。

【圖文簡介】

圖1 NiCo₂V₂O₈ YDSSs制備過程

自模板策略制備NiCo₂V₂O₈ YDSSs過程示意圖。

圖2 NiCo₂V₂O₈ YDSSs的形貌和晶體結構

a,b) NiCo₂V₂O₈ YDSSs的FESEM圖像；

c-e) NiCo₂V₂O₈ YDSSs的TEM圖像；

f) NiCo₂V₂O₈ YDSSs的XRD譜圖。

圖3 Co-V前驅體空心球和Co₃V₂O₈ 空心球的形貌

a,b) Co-V前驅體空心球的FESEM 圖像；

c) Co-V前驅體空心球的TEM圖像；

d,e) Co₃V₂O₈ 空心球的FESEM圖像；

f) Co₃V₂O₈ 空心球的TEM圖像。

圖4 NiCo₂V₂O₈和Co₃V₂O₈樣品的電化學儲鋰性能測試

a) 0.2 A·g^-1下，NiCo₂V₂O₈電極的恒電流充-放電電壓曲線；

b) NiCo₂V₂O₈和Co₃V₂O₈電極的倍率容量；

c) 0.2 A·g^-1下，NiCo₂V₂O₈和Co₃V₂O₈電極的循環性能以及NiCo₂V₂O₈電極相應的庫侖效率；

d) 1.0 A·g^-1下，NiCo₂V₂O₈電極高倍率循環性能以及相應的庫侖效率。

【小結】

在該研究中，作者利用簡單的自模板策略制備了復雜的NiCo₂V₂O₈蛋黃-雙殼球體，合成過程涉及Ni-Co甘油配合物和VO₃^-在回流條件下的陰離子交換反應以及空氣氛圍下的煅燒。得益于獨特的成分和結構優勢，所制備的NiCo₂V₂O₈ YDSSs電化學性能出色，其作為鋰離子電池負極材料具有高容量、出眾的倍率容量和良好的循環穩定性。上述工作可為成分與結構復雜的納米材料的構筑及其應用提供新的見解。

文獻鏈接： Formation of NiCo₂V₂O₈ Yolk-Double Shell Spheres with Enhanced Lithium Storage Properties?(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201800363)

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