三维大孔/介孔碳-碳化钛复合材料用于无枝晶锂金属负极

金属锂具有超高的理论容量(3860 mAh·g^-1)和低氧化还原电位(-3.04 V vs.标准氢电极),是极具吸引力的下一代高能量密度电池的负极材料。然而,循环过程中的体积膨胀、锂枝晶生长和“死锂”等问题严重的限制了其实际应用。合理设计三维骨架调控金属锂的成核行为是抑制锂枝晶生长的有效策略。本文中,我们发展了一种“软硬双模板”的方法合成了兼具大孔和介孔的三维碳-碳化钛(Three-dimensional macro-/mesoporous C-TiC,表示为3DMM-C-TiC)复合材料。多级孔道为金属锂的沉积提供了足够的空间,缓冲充放电中巨大的体积变化。此外,TiC的引入显著增强多孔骨架的导电性,改善锂金属的成核行为,促进金属锂的均匀成核和沉积,抑制锂枝晶生长。3DMM-C-TiC||Li电池测试表明,在循环300圈以后,库伦效率仍保持在98%以上。此外,所得材料与LiFePO₄ (LFP)组成的全电池也表现出优异的倍率和循环性能。本工作为无枝晶锂金属负极的设计提供了新的思路。     

单分散中空介孔结构的盐模板合成及形貌调控

中空介孔结构因具有丰富的内部空间以及多孔渗透性外壳等优势,在催化、能源储存与转化及生物医药等领域得到了广泛应用.然而,目前仍然缺少高效、简便且绿色的合成中空介孔结构的方法.本文以柠檬酸钠胶体颗粒作为模板,通过十六烷基三甲基溴化氨(Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB)胶束与正硅酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate, TEOS)的水解低聚物在胶体颗粒表面进行界面共组装,直接生长介孔二氧化硅壳层;然后通过简便的醇洗和水洗分别除去CTAB胶束和柠檬酸钠胶体颗粒后,得到中空介孔结构.进一步研究表明,负电荷的柠檬酸钠胶体颗粒与CTAB胶束之间的静电相互作用是诱导氧化硅低聚物在颗粒表面进行交联组装的关键.基于此,通过控制生长时间实现了对中空介孔结构形貌和壳层厚度的精确调控.所得中空介孔二氧化硅纳米球可以显著增强物质的扩散传输,是理想的催化剂载体,负载金纳米颗粒后可以高效催化4-硝基苯酚的还原反应.研究结果为中空介孔材料的绿色简便合成提供了思路.