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鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華AFM：Fe-N-C鍵電催化驅(qū)動可靠的SEI和快速的動力學(xué)

磷具有高容量和低氧化還原電位的特點，這使其成為未來鈉離子電池的一種有前景的負極材料。然而，其實際應(yīng)用受限于較差的耐久性和緩慢的動力學(xué)。

圖1 P/Fe-N-C的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征

鄭州大學(xué)陳衛(wèi)華等提出了一種創(chuàng)新的原位電化學(xué)自驅(qū)動策略，將磷納米晶體（≈10 nm）嵌入富含F(xiàn)e-N-C的三維碳框架（P/Fe-N-C）中。

作為鈉離子電池的負極，它在比容量（0.4 A g^-1時為1300 mAh g^-1）、循環(huán)穩(wěn)定性（20 A g^-1時循環(huán)10000次后容量保持率為72%）和倍率性能（100 A g^-1時為267 mAh g^-1）方面具有競爭力。此外，在軟包電池中進行了應(yīng)用測試，其顯示出220 Wh kg^-1的高能量密度。

圖2 電化學(xué)性能研究

通過TEM和XPS研究原位電化學(xué)自驅(qū)動過程，作者發(fā)現(xiàn)FeP在第一次充電過程中不可逆地轉(zhuǎn)化為P和Fe，F(xiàn)e在隨后的氧化還原反應(yīng)中缺失，從根本上改變了氧化還原反應(yīng)，從FeP/Na₃P變成了P/Na₃P。

此外，根據(jù)實驗結(jié)果（XPS、TEM和原位DEMS）和理論計算，合理地提出了Fe-N-C在電化學(xué)過程中的協(xié)同電催化機理（界面催化和P-P解離催化）。具體來說，電極上形成的Fe-N-C催化位點加速了電解液中氟的釋放，從而增強了Na⁺傳導(dǎo)的SEI。

此外，F(xiàn)e-N-C催化位點的存在可提高Na_XP的吸附能，有效催化P還原為Na₃P，改善P負極的氧化還原反應(yīng)動力學(xué)。因此，P/Fe-N-C復(fù)合材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、高放電容量和快速倍率能力，這種協(xié)同催化機制為設(shè)計高容量充電電池電極提供了新的思路。

圖3 理論計算

Electrocatalysis of Fe-N-C Bonds Driving Reliable Interphase and Fast Kinetics for Phosphorus Anode in Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202305803

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/09/25/34b49c6299/

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