氟化碳點(diǎn)（FCD）因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而引起人們的興趣。然而，復(fù)雜的合成過程和較低的氟摻雜水平限制了其發(fā)展和應(yīng)用。

在此，中南大學(xué)紀(jì)效波團(tuán)隊(duì)提出了一種基于克萊森-施密特反應(yīng)的簡便方法，在室溫和常壓下實(shí)現(xiàn)克級合成高度氟化的碳點(diǎn)（高達(dá)20.79 at.%），并對具體反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了全面探索。

此外，考慮到氟含量高、分散性好以及與聚合物電解質(zhì)的相容性，合成的FCD被用作鋰電池PEO基固體電解質(zhì)的添加劑，以提高其離子電導(dǎo)率、界面穩(wěn)定性和機(jī)械性能。FCDs的引入不僅可以降低PEO的結(jié)晶度，增強(qiáng)聚合物鏈的相互作用，而且有利于在界面處建立不間斷的路徑和原位氟化。

圖1. HF-CD的制備示意圖

總之，該工作所制備的高度氟化的碳點(diǎn)旨在構(gòu)建具有長循環(huán)壽命的固態(tài)鋰金屬電池的復(fù)合電解質(zhì)。通過在環(huán)境溫度和大氣壓條件下的克萊森-施密特反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高度氟化碳點(diǎn)的最大比例為20.79％。此外，作者還分析了高氟化碳點(diǎn)的形成過程，了解了HF-CD的結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)與電解質(zhì)性能之間的內(nèi)在關(guān)系。P-FCD基復(fù)合電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率在室溫下可以達(dá)到7.5 × 10^?5 S cm^?1，與空白電解質(zhì)相比有所提高。該復(fù)合電解質(zhì)的機(jī)械性能和電化學(xué)窗口也得到增強(qiáng)。

同時，氟特性可以引發(fā)界面氟化，有效提高界面穩(wěn)定性。鋰對稱電池在0.4 mA cm^?2的電流密度下可穩(wěn)定循環(huán)1000 h，且過電位較低。并且，復(fù)合電解質(zhì)基LiFePO₄/Li電池在300次循環(huán)后容量可呈現(xiàn)130.3 mAh g^?1，容量保持率為95.10%。因此，該工作為用于調(diào)節(jié)PEO電解質(zhì)的高度氟化碳點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)理解提供了一種思路。

圖2. 電池性能

Molecular Engineering of Highly Fluorinated Carbon Dots: Tailoring Li+ Dynamics and Interfacial Fluorination for Stable Solid Lithium Batteries, ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c08935