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       與其余金屬相比，鈉不能嵌入石墨中，阻礙了這種低成本、豐富的元素在可充電電池中的使用。在這里，我們報告了一種用于 Na⁺存儲的納米石墨狀負(fù)極極，由僅在一側(cè)功能化的堆疊石墨烯片形成，稱為 Janus石墨烯。不對稱功能化使得Na⁺可以可逆插入，還可以通過操作拉曼光譜電化學(xué)和成像橢偏儀進(jìn)行監(jiān)測。該Janus石墨烯具有均勻的孔徑、可控的功能化密度和較少的邊緣，其儲存Na⁺的方式不同于石墨和堆疊石墨烯。密度泛函理論計算表明，Na⁺較好地靠近-NH₂基團(tuán)與石墨烯形成協(xié)同離子鍵，使相互作用過程在能量上有利。估計鈉儲存高達(dá)C_6.9Na與標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的石墨相當(dāng)。鑒于這種令人鼓舞的Na⁺可逆嵌入行為，我們的方法提供了一種設(shè)計用于鈉離子電池的碳基材料的方法。
 

Fig. 1. Janus石墨烯的制備。
 

Fig. 2. 堆疊 AB 石墨烯多層膜的表征。
 

Fig. 3. AB石墨烯中Na⁺嵌入的 DFT 建模。
 

Fig. 4. 不同材料中Li⁺和Na⁺插層的比較。
 

Fig. 5. 通過操作拉曼監(jiān)測 Na⁺可逆嵌入。
 

Fig. 6. 通過IES跟蹤Na⁺可逆嵌入Janus石墨烯電極。
 

Fig. 7. 橢偏角 Delta 的模擬。
 
       相關(guān)研究成果于2021年由查爾默斯理工大學(xué)Vincenzo Palermo課題組，發(fā)表在Science Advances（http://advances.sciencemag.org/content/7/22/eabf0812）上。原文：Real-time imaging of Na⁺ reversible intercalation in “Janus” graphene stacks for battery applications。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號