【摘要】 螃蟹模板由具有平行通道的CaCO3组成

锂离子电池（LIBs）由于其高能量密度和长循环寿命，已广泛应用于便携式电子设备和电动汽车。最近，钠离子电池（SIBs）引起了人们的极大研究兴趣，由于钠的低成本和广泛分布，被认为是大规模可持续储能系统中一种很有前途的电源。在Ajuan Hu等人的工作中以蟹壳为模板，聚苯硫醚（PPS）为C和S前驱体，在NH3中碳化，制备了NS共掺杂碳纳米棒。所获得的NS CNRs的直径为～50 nm，长度为几微米，N和S含量分别为12.5 %和3.7 %，可作为锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）的阳极。其实验设计思路如图1所示。

图一 制备结构控制的NS CNRs前体的程序示意图[1]

 

如方案1所示，首先对蟹壳进行煅烧和研磨，以获得填充PPS的结构模板，该结构模板通过砂浆研磨将模板与PPS（2:1 w:w）混合20分钟来进行。PPS在300°C下填充在蟹壳模板的通道中，并在700°C下在Ar和NH3的混合物中进一步碳化2小时。最后，用1M HCl水溶液除去蟹壳，得到NS-CNRs-700。将PPS填充的蟹壳在600、800和900°C的温度下碳化，分别命名为NS-CNRs-600、NS-CNRs-800和NS-CNRs-900，以研究掺杂剂含量对电化学性能的影响。

 

螃蟹模板由具有平行通道的CaCO3组成，如扫描电子显微镜（SEM）图像所示（图第2（a））。NS CNR的直径为～50 nm，长度为几微米（图2（b）、（c）），与碳化温度无关。C、S和N元素的能量分散X射线（EDX）图谱与形态匹配良好（图2（d）），通过透射电子显微镜（TEM）获得，表明化学成分在NS CNRs中的均匀分布。拉曼光谱显示宽的2D波段（2500−3200 cm−1），G波段与D波段的强度比（IG/ID）为1.06（图第2（e）段）。XRD图谱显示衍射峰在23°左右。

图2 a） 蟹壳模板的横截面SEM图像。（b） NS-CNRs-700的SEM和（c）TEM图像。（d） 在相同位置获得的C、S和N元素的暗场图像和相应的EDX映射，显示了NS-CNRs-700的N和S的均匀分布。（e）拉曼光谱和（f）XPS测量光谱[1]

 

当用作LIB的阳极时，NS CNRs在0.1 A g−1的电流密度下提供2154 mAh g−1和在5.0 A g−2的电流密度时提供625 mAh g–1的重量容量，持续1000次循环。当用作SIB的阳极时，NS CNRs在0.1 A g−1的电流密度下提供303 mAh g−1和在1.0 A g−2 3000次循环中提供230 mAh g–1的重量容量。NS CNRs优异的电化学性能可归因于一维纳米结构和高水平的杂原子掺杂。

 

[1] Ajuan Hu, Song Jin, Zhenzhen Du, Hongchang Jin, Hengxing Ji, NS codoped carbon nanorods as anode materials for high-performance lithium and sodium ion batteries, Journal of Energy Chemistry, Volume 27, Issue 1, 2018, Pages 203-208.

 

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