碳材料引起了廣泛的關(guān)注，并被廣泛用作可充電鋰離子/鈉離子/鉀離子電池的負(fù)極。關(guān)于堿金屬離子的各種半徑，碳層間的可逆嵌入和脫嵌需要不同的晶面間距。在這項(xiàng)工作中，在聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 的輔助下，使用石墨氮化碳 (g-C3N4) 作為前驅(qū)體合成了具有可調(diào)晶面間距的N摻雜石墨烯。獲得的可調(diào)晶面間距在0.34 nm至0.45 nm范圍內(nèi)，主要?dú)w因于高氮摻雜水平（9.9-33.7 at.%），尤其是吡咯氮。作為鋰離子電池（LIBs）和鈉離子電池（SIBs）的負(fù)極材料，在0.05 A/g的電流密度下，LIBs的比容量為1236 mAh/g，SIBs的比容量為300 mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性好，證明了所得N摻雜石墨烯具有可接受的倍率能力。比較研究了晶面間距對LIBs和SIBs電化學(xué)性能的影響。這項(xiàng)工作概述了合成具有可調(diào)晶面間距的N摻雜石墨烯的路線，以滿足在可充電Li
+/Na
+/K
+離子電池中作為負(fù)極單元化的各種要求。
Figure 1. g-C3N4 前驅(qū)體和不同溫度下g-C3N4-衍生的N摻雜石墨烯的 (a) XRD圖譜、(b) FTIR 光譜和 (c) 拉曼光譜。(d) g-C3N4、PVP和g-C3N4/PVP的TG曲線；(e) 在PVP的輔助下，N摻雜石墨烯轉(zhuǎn)化的示意圖。
Figure 2. (a) 電導(dǎo)率分析； (b) N
2吸附-解吸等溫線；(c) 孔隙尺寸分布曲線；(d) XPS 全譜；(e) 高分辨率 C 1s；(f) g-C3N4前驅(qū)體和不同溫度下g-C3N4-衍生的N摻雜石墨烯的高分辨率N 1s光譜。
Figure 3. (a-c) SEM圖像；(d-f) TEM圖像；(g-i) HRTEM圖像；(j-l) 合成的NG-700、NG-750和NG-800樣品的晶面間距示意圖。
Figure 4. 合成的N摻雜石墨烯的電化學(xué)鋰存儲性能。
Figure 5. 合成的N摻雜石墨烯的電化學(xué)Na
+存儲性能。
Figure 6. (a) LIBs和 (b) SIBs中N摻雜石墨烯的GITT曲線； (c) Li
+離子和 (d) Na
+離子化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)。
Figure 7. LIBs：(a) 在不同掃速下的CV曲線；(b) log(i) vs log(
v) 圖；(c)中，NG-750電極在不同掃速下的電容和擴(kuò)散控制電荷存儲的貢獻(xiàn)率。SIBs：(d) 在不同掃速下的CV曲線； (e) log(i) vs log(
v) 圖；(f) NG-700 電極在不同掃速下的電容和擴(kuò)散控制電荷存儲的貢獻(xiàn)率。
相關(guān)研究成果于2021年由天津工業(yè)大學(xué)Jingjing Chen課題組，發(fā)表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.12.010）上。原文：PVP-assisted synthesis of g-C
3N
4-derived N-doped graphene with tunable interplanar spacing as high-performance lithium/sodium ions battery anodes。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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