由于單個(gè)結(jié)構(gòu)組件和獨(dú)特界面的協(xié)同作用，異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極越來越受到關(guān)注。然而，工業(yè)用高面容量和耐用的磷基異質(zhì)結(jié)構(gòu)負(fù)極的合理設(shè)計(jì)和可控制備仍然是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

華南理工大學(xué)熊訓(xùn)輝等通過簡(jiǎn)單的一步溶劑熱策略制備了錨定在三維N摻雜石墨烯上的新型紅@黑磷核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)(RP@BP/3DNG)。

圖1. 材料制備及表征

RP@BP/3DNG是通過在EN溶劑中對(duì)RP-乙二胺（RP-EN）絡(luò)合物和氧化石墨烯（GO）進(jìn)行一步溶劑熱處理制備的，其中GO和RP-EN絡(luò)合物之間的熱酰胺化反應(yīng)導(dǎo)致RP在3DNG上沉積，隨后從RP到BP的相變導(dǎo)致形成RP@BP具有核-殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和DFT計(jì)算證實(shí)RP@BP/3DNG中的異質(zhì)界面可以有效地加速電子傳輸和鈉離子擴(kuò)散。因此，RP@BP/3DNG電極在高倍率下具有出色的鈉儲(chǔ)存能力和非凡的循環(huán)穩(wěn)定性，遠(yuǎn)優(yōu)于大多數(shù)報(bào)道的P基負(fù)極。

圖2. RP@BP/3DNG的電化學(xué)性能

結(jié)果，RP@BP/3DNG在0.05 A/g時(shí)表現(xiàn)出1440.2 mAh/g的高可逆容量、優(yōu)異的倍率性能（在10.0 A/g時(shí)為521.3 mAh/g）以及前所未有的循環(huán)穩(wěn)定性（10.0 A/g 下經(jīng)過1200次循環(huán)后具有89.3容量保持率）。

此外，RP@BP異質(zhì)界面處的內(nèi)建場(chǎng)誘導(dǎo)電子云從BP轉(zhuǎn)移到RP，降低了BP原子孤對(duì)電子的反應(yīng)活性，因此 RP@BP/3DNG表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的空氣穩(wěn)定性。

圖3. P基負(fù)極的空氣穩(wěn)定性研究

Red@Black phosphorus core–shell heterostructure with superior air stability for high-rate and durable sodium-ion battery. Materials Today 2022. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.08.013