不同pH值尖晶石纳米颗粒的合成及其在锂离子电池负极材料中的应用

尖晶石(ZnFeO)材料因其独特的结构而作为锂离子电池（LIB）的负极材料受到越来越多的关注。然而，锂化/脱锂过程中体积膨胀大、电导率低限制了ZnFeO阳极的实际应用。溶剂热合成金属有机骨架衍生和热解等合成路线已被用于研究各种制备路线是否可以提高ZnFeO基阳极的电化学性能。根据上述研究，除非所制备的ZnFeO具有特殊设计的形貌，例如空心微球结构，否则用C层涂覆ZnFeO是不可避免的，以达到理想的性能。

简单沉淀（在碱性环境中从相关盐中沉淀）然后退火是合成尖晶石氧化物的一种流行、方便和直接的技术。传统上，创造高pH值环境似乎可以保证完全和快速的共沉淀。然而，已知Zn（OH）₂和Fe（OH）₃的溶解度随着pH值的增加而增加。在高pH值下，锌和Zn（OH）₂的可溶性络合物趋于形成，铁水合物（铁羟基化中间体）的溶解度也会增加。因此，最终氧化物的组成可能偏离预期的配方，因为Zn和Fe的某些部分会不同程度地泄漏到上清液中，具体取决于pH值。

此外，通过简单沉淀技术制备的尖晶石氧化物的粒径和结晶度随沉淀环境的pH值而变化，这表明pH值也会影响最终的电化学性能。Thuan Ngoc Vo采用共沉淀法合成了不同pH值（pH=11、pH=12和pH=13）的尖晶石，然后在750 °C的空气中退火3 h^[1]。培养基的pH值显著影响ZnFeO的性质。在pH 11下，尺寸为25-70 nm的ZnFeO颗粒被厚度约为2 nm的非晶层覆盖，而在较高的pH值（12和13）下获得更高的结晶度和更大的粒径。此外，在pH 12时，制备样品中的Zn：Fe摩尔比为1：1.3，明显偏离标称式（1：2）。

可能由于在锂化/脱锂步骤中存在允许各向同性体积变化的非晶层，在pH=11下制备的ZnFeO在用作LIB中的阳极材料时表现出最佳性能。也就是说，它在1.160 A g下在第0次和第1次循环时的可逆比容量分别为0.69 Ah g和0.72 Ah g。尽管在pH=12下制备的ZnFeO的初始可逆比容量高达0.89 Ah g，但其在160次循环后的容量保持率仅为20%。因此，调节共沉淀步骤的pH值可以通过控制负极材料ZnFeO的结晶度，粒径和化学成分来提高最终的储锂性能。

1.Thuan Ngoc Vo, Thuy-An Nguyen, Dinh Mai Khanh Nguyen ,et al.Synthesis of ZnFeO spinel nanoparticles at varying pH values and application in anode material for lithium-ion battery[J].Ceramics International, 2023.

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