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[交流] 基于分子前驱体热解得到Bi2S3纳米棒负载在氧化还原石墨烯薄片用于高效锂离子存储已有1人参与

EEM | 郑州大学李保军教授：基于分子前驱体热解得到Bi2S3纳米棒负载在氧化还原石墨烯薄片用于高效锂离子存储
近日，郑州大学李保军教授课题组在Energy & Environmental Materials上发表了题为“Bi2S3 Nanorods Hosted on rGO Sheets from Pyrolysis of Molecular Precursors for Efficient Li-Ion Storage”的研究论文。该团队采用分子前驱体裂解法得到了负载纳米棒状Bi2S3的还原氧化石墨烯。该复合材料的负极性能明显优于初始Bi2S3。还原氧化石墨烯的引入使得石墨烯与Bi2S3之间的界面紧密接触，其界面协同效应提高了Bi2S3的导电性和锂离子存储性能。该材料在0.2A g-1的电流密度下循环200周后其比容量仍可达558.4 mAh g-1。同时通过理论计算证明了还原氧化石墨烯对Bi2S3的电子态密度和能带结构具有一定的调节作用。本研究为其他金属硫化物/还原氧化石墨烯纳米材料的制备及其在电池研究中的应用提供了新的思路。
锂离子电池（LIBs）负极材料通常包括碳基化合物、金属硫化物、金属氧化物等。但由于硫元素的电负性小于氧元素的电负性，因此金属硫化物的比容量一般高于氧化物。Bi2S3因其独特的层状结构和理论比容量（625 mAh g-1，4250 mAh cm-3）被认为是LIBs理想的负极材料。但在实际的锂离子嵌入过程中，会发生两个反应（Bi2S3 + 6Li → 3Li2S + 2Bi、Bi + 3Li → Li3Bi）。而这两个反应都会使材料发生不同程度的体积膨胀。因此在反复放/充过程中由于Bi2S3体积膨胀的固有缺陷，造成负极侧容量衰减，最终导致循环寿命减短，倍率性能变差，严重制约了Bi2S3作为负极材料在LIBs中的应用。
而通常有效的策略是将Bi2S3设计为纳米/微米结构，提供更大的表面积以及缩短Li+离子扩散路径，以缓解锂离子嵌入Bi2S3引起的体积变化大的问题。而另一种策略是将Bi2S3负载到导电碳基体上，通过二者的协同作用提高锂的存储性能和结构稳定性。在本文中我们结合以上两种策略即将纳米Bi2S3负载在导电碳基体上，从而实现Bi2S3作为负极材料在LIBs中的应用。

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