延邊大學權波Advanced Science：制備硫摻雜石墨烯的新戰略-可用于高性能鈉離子電池負極材料

引言：

隨著現代生活中對可攜帶式電子設備和大規模能量儲存裝置的需求不斷提高，“后鋰離子電池” 代表性新體系的鈉離子電池（Na-ion batteries, NIBs）受到了廣泛的矚目。鈉離子資源在地殼分布即豐富、又均勻、成本低廉、可快速充放電性能等優點。但是鈉離子的體積比鋰離子大，傳統的鋰電池負極材料“石墨”不能在鈉離子電池體系中工作。所以需要開發出能用于鈉離子電池的負極材料。

成果簡介：

近日，延邊大學權波博士（第一作者）和韓國首爾國立大學電化學能源研究團隊合作在國際期刊Advanced Science《尖端科學》上在線發表了題為“Solvothermal‐Derived S‐Doped Graphene as an Anode Material for Sodium‐Ion Batteries”的文章。文章利用一種新型熱處理法制備出硫摻雜石墨烯，并用于鈉離子電池負極材料。此類新型熱處理工藝制備出的硫摻雜石墨烯具有較大的層間距（~0.4 nm）、更高的無序度、和較大的比表面積（308?m²?g^?1）。作為負極材料在電流密度100 mA g^?1下循環300次后還保持380 mAh g^?1?的比容量。即使在2.0 A g^?1 大電流密度下充放電，循環1000次還保持263 mAh g^?1?的比容量。此研究提供了制備碳基鈉離子電池負極材料的新策略。

圖 1熱處理法制備的硫摻雜石墨烯的形貌分析

(a)二甲基亞砜和硫摻雜石墨烯

(b)掃描電子顯微鏡圖

(c)投射電子顯微鏡圖

(d)高倍投射電子顯微鏡圖

(e)電鏡能譜分析

圖 2 表征

(a-b) X射線光電子能譜分析

(c) 拉曼光譜分析

(d) X射線衍射分析

圖 3 ?電化學性能分析

（a-b）充放電曲線

（c-d）循環伏安曲線

（e）不同電流密度下的循環性能圖

圖 4? 電化學性能分析

（a）倍率性能圖

（b）長循環圖

小結：

本文通過新型熱處理法合成了富缺陷、含硫量高、層間距大的硫摻雜石墨烯。利用實驗室常用的有機溶劑，二甲基亞砜(DMSO)，為前驅體在高溫高壓條件下反應，制備出了硫原子摻雜的布形狀二維納米碳材料。實驗結果表明硫摻雜碳材料作為儲能材料表現出了良好的性能。這種合成戰略產量較高、成本較低，為新能源相關炭材料合成提供了新的思路和方向。

本文由第一作者權波博士投稿。

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