具有优异的锂钠存储性能的2维-0维石墨烯-氮化钒量子点杂化材料

锂离子电池和钠离子电池因其具有高能量密度，长使用寿命，以及环境友好性等优点，被认为是最有潜力的化学电源，广泛应用于电子产品及混合动力汽车等行业。而电极材料决定了电池的电化学性能，理想的负极材料应该满足高电化学活性、高化学稳定性、以及不溶于电解液的特点。过渡金属氧化物虽然具有高的理论容量，但在反应过程中形成电子绝缘的Li2O或者Na2O，严重地影响其高倍率性能。而过渡金属氮化物转化过程会形成导电良好的Li3N或者Na3N基体，且氮化钒（VN）具有很高的可逆容量，因此被广泛用于储能研究。然而VN材料循环过程中普遍伴随着体积效应，尤其是储钠过程，导致严重的电接触损失及循环稳定性差。于是，开发一种储锂、钠性能优异的VN基电极材料不仅具有重要的科学与实际意义，也有很大的挑战性。

最近，北京航空航天大学杨树斌教授团队（王澜）和北京化工大学宋怀河教授合作发明了一种有效的方法来构建2维-0维石墨烯-氮化钒量子点杂化材料，在锂、钠存储方面的研究取得重要进展。该研究工作通过氧化石墨烯、偏钒酸铵的水热处理和氨气气氛下热处理的方法，制备得到三维多孔网络结构的杂化材料。这种材料具有连续的石墨烯骨架，且石墨烯片层上均匀地分散着2-5 nm尺寸的VN量子点，不仅能够有效抑制VN的体积变化，阻止它们循环过程中的团聚，而且促进了电解液的快速迁移、离子扩散和电子转移。结果表明，该材料展现出优异的电化学性能，在储锂、储钠过程中表现出高可逆容量，良好的高倍率性能，长循环寿命的特点。此种简单的、易控制的合成方案有望扩展到其他金属氮化物量子点的制备中，可能被广泛地应用于储能、催化和传感等领域。相关论文发表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201502067）上。

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