第一作者：Jianhao Lin

通訊作者：熊訓(xùn)輝

通訊單位：華南理工大學(xué)

熊訓(xùn)輝，博士，華南理工大學(xué)教授。國家優(yōu)秀青年基金獲得者、廣東省青年拔尖人才、廣州市珠江科技新星，入選中國科協(xié)青年人才托舉工程、江西省創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目等，獲得湖南省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)。研究方向：納米能源存儲和轉(zhuǎn)化中的電催化、環(huán)境廢棄物的新能源資源化再利用研究。

論文速覽

閉孔在提高硬碳(HC)陽極的鈉儲存容量中起著關(guān)鍵作用，然而，在聚合物衍生的HC中，閉孔的形成機(jī)制以及在分子水平上的有效調(diào)控策略仍然缺乏。在聚合物衍生的硬碳（HC）中，閉合孔隙的形成對于提高鈉存儲容量至關(guān)重要，但其在分子水平上的形成機(jī)制以及在聚合物衍生HC中的有效調(diào)控策略尚不清楚。

本研究首次提出通過在前驅(qū)體中引入芳香環(huán)的空間位阻效應(yīng)來創(chuàng)建閉合孔隙。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算表明，芳香環(huán)側(cè)基的空間位阻效應(yīng)可以增加聚合物前驅(qū)體的主鏈剛性和內(nèi)部自由體積，防止過度石墨化，并在碳化過程中促進(jìn)閉合孔的形成。

因此，所制備的HC陽極展現(xiàn)出顯著提高的放電容量（340.3 mAh/g，0.1 C）、改善的倍率性能（210.7 mAh/g，5 C）以及增強(qiáng)的循環(huán)穩(wěn)定性（1000周后容量保持率為86.4%，2C）。這項(xiàng)工作為通過空間位阻工程形成閉合孔提供了新的見解，為開發(fā)高性能的聚合物衍生HC陽極用于鈉離子電池鋪平了道路。

圖文導(dǎo)讀

圖1：RFSH和RF前驅(qū)體的合成過程、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）圖譜、X射線衍射（XRD）圖譜。

圖2：RFSH和RF的自由體積計(jì)算模擬模型、熱重分析（TGA）曲線。

圖3：RFSH-1400和RF-1400樣品的掃描電鏡（SEM）圖像、透射電鏡（TEM）和高分辨TEM（HRTEM）圖像。

圖4：不同硬碳樣品的XRD圖譜、拉曼光譜、碳層平面尺寸（L_a）。

圖5：RFSH-1400和RF-1400在醚基和酯基電解液中的初始充放電曲線、倍率性能、不同電流密度下的循環(huán)性能以及鈉離子擴(kuò)散路徑的示意圖。

總結(jié)展望

本研究成功地通過空間位阻工程策略，利用芳香環(huán)側(cè)基增強(qiáng)聚合物前驅(qū)體的主鏈剛性和內(nèi)部自由體積，有效抑制了碳化過程中的聚合物重排和過度石墨化，促進(jìn)了閉合孔隙的形成。所得到的硬碳陽極在鈉離子電池中展現(xiàn)出了卓越的電化學(xué)性能，包括高比容量、優(yōu)異的倍率性能和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，該策略的普適性也通過引入不同的空間位阻基團(tuán)得到了驗(yàn)證。這項(xiàng)工作不僅豐富了閉合孔隙形成的機(jī)理，也為未來設(shè)計(jì)聚合物衍生的硬碳提供了新的視角，有助于推動(dòng)高性能鈉離子電池的發(fā)展。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Steric Hindrance Engineering to Modulate the Closed Pores Formation of Polymer-Derived Hard Carbon for High-Performance Sodium-Ion Batteries

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202409906