金属磷化材料的高理论容量使其成为锂离子电池的理想负极，但与其他高容量材料一样，由于体积变化大，结构不稳定，其应用受到限制。在这里，我们设计了一个由Sn₄P₃纳米颗粒组成的集成电极，夹在过渡金属碳化物(MXene)纳米片之间。四甲基氢氧化铵(TMAOH)通过产生带有扩展层间距的MXene负电荷片，在这种夹层结构的形成中发挥了重要作用。强大的C-O-P氧桥接键使得Sn₄P₃纳米粒子能够在MXene层表面紧密锚定。sn4p3基纳米复合材料具有较高的可逆容量，初始库仑效率为82%，以及出色的速率性能(1519 mAh cm^-3的电流密度5A g^-1)。导电和灵活的MXene层两侧Sn₄P₃纳米粒子提供所需的电导率和弹性空间适应了石化过程中Sn₄P₃的大体积变化。因此，在电流密度为1 A g^-1的情况下，Sn₄P₃@MXene混合电路在循环300次后表现出820 mAh g^-1的高性能。
 
 
图1T-MXenes和磷酸化SnO₂@MXene纳米复合材料的合成示意图。
 
  图2。(a) SnO₂@MXene经磷处理后的XRD谱图; (b)图(a)中的XRD放大图;SnO₂@MXene-5 (c, d)和Sn₄P₃@MXene-5的TEM图像(e, f) Sn₄P₃的HRTEM图像);SEM图像(g)和EDS图谱。
 
  图3。(a)样品的XPS全光谱;SnO₂/MXene-5中Sn 3d (b)和C 1s (C)的高分辨率光谱以及Sn₄P₃@MXene-5的Sn 3d (d)、C 1s (e)和P 2p (f)的高分辨率光谱。
 
  图4。在0.01-3.0 V (vs Li/Li⁺)电位范围内，以0.1 mV s扫描速率，磷酸化SnO₂@MXene杂种前三个周期的CV曲线为:(a) SnO₂@MXene-5， (b) P-SnO₂-3@MXene-5， (c) P-SnO₂-5@MXene-5， (d) Sn₄P₃@MXene-5。
 
 
图5 (a) Sn₄P₃@MXene-5在0.01 ~ 3.0 V (vs Li/Li⁺)范围内扫描速率为0.1 mV s^-1时的第二CV谱图和(b)不同电位下循环电极片的非原位XRD谱图。
 
  
图6 磷化SnO₂@MXene杂化物的电化学性能。(a)第一次充放电曲线0.1A g^-1, (b)总结第一次充放电能力的转换和合金化反应的过程,另外,和最初的库仑效率(冰),(c)功能和容积率具体能力在不同电流密度从0.1到5 A g^-1,(d) Sn₄P₃@MXene-5电极与其他Sn基材料的速率性能的比较，(e)新电极的奈奎斯特图。
 
 
图7 (a) Sn₄P₃@MXene-5在0.2 mV s^-1的扫描速率下的电容贡献，(b) Sn₄P₃@MXene-5在不同扫描速率下的电容贡献比，(c) SnO₂@MXene-5和Sn₄P₃@MXene-5电极的GITT曲线，(d) SnO₂@MXene-5和Sn₄P₃@MXene-5电极对应的Li⁺扩散系数的比较。
 
 
图8 磷化SnO₂@ MXene杂化物在1 A g^-1下的长期循环性能。

        相关科研成果由湖南大学Xiaohong Xia等人于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.1c17297)上。原文：Sandwich-Structured Sn₄P₃@MXene Hybrid Anodes with High Initial Coulombic Efficiency for High-Rate Lithium-Ion Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号