【摘要】 其中，吡啶N原子与两个C原子连接，并为与芳香π-共轭环的共轭提供一个p电子，增强了C矩阵的比电容特性。

世界面临着日益严重的环境和能源问题，包括化石燃料消耗、气候变化和环境污染[1]。为了克服能源消耗增加和化石燃料消耗之间的差距，探索廉价、清洁、可持续和高效的储能和转换设备已成为一个焦点。

 

在Jinlong Cui等人[1]的工作中以稻壳用作C和Si源，硫脲用作S和N源，通过这种简单且经济的方法成功地制备硫/氮双掺杂多孔C/SiOx复合材料(SN@C/SiOx）。制作方案如图1所示。

 

SN@C/SiOx复合材料具有高比表面积，SiOx颗粒均匀分布在S/N掺杂的C基体中。S/N掺杂的C基体不仅提高了导电性，阻碍了颗粒的凝集，而且缓冲了SiOx的体积变化，提高了电化学性能。

 

图2.(a)S7/3的(b)C1s,(c)O1s,(d)S2p,(e)N1s和(f)Si2p的XPS光谱XPS测量光谱和高分辨率

为了更好地说明C基体中掺杂元素的类型和状态，进行了XPS。

 

如图2所示，位于103.2、163.4、284.2、398.4和532.4 eV的五个峰出现在S7/3的XPS光谱中，分别对应于Si 2p、S 2p、C 1s、N 1s和O 1s。S7/3的C1s、O1s、S2p、N1s和Si2p光谱可以去卷积成几个峰。

 

高分辨率的C1 s光谱被拟合为三个峰（图2b），可归因于C-C/C-N（在284.6 eV处）、C-s/CN（在285.6 eV）和O-C=O（在287.9 eV）。C-S/C-N的存在证明了S和N原子与C矩阵是结合的。O1s峰被分解为三个峰，中心位于530.6、532.5和533.4 eV，分别代表O–s、C-OH和HO-C=O。S 2p光谱在163.4、164.5和168.3 eV处分解为三个不同的峰（图2d）。前两个峰来自噻吩-S基团的-CS-C-键的S2p3/2和S2p1/2。后一个宽峰与C-SOx-C键的氧化硫基团有关。

 

根据XRD结果，C-S-C键表明一些S原子被掺入了C基体中。S原子插入C基体可以增加C的层间距离，因为S(101ppm)和C(77ppm)之间的半径较大，有利于Li+的扩散和插入/提取。据报道，噻吩-S基团有助于增加可逆容量。N峰在398.6、400.1和401eV附近拟合成三个峰（图2e），分别归属于吡啶N、吡咯N和石墨N。

 

其中，吡啶N原子与两个C原子连接，并为与芳香π-共轭环的共轭提供一个p电子，增强了C矩阵的比电容特性。有利于增强电子转移反应中的C表面活性，并导致优越的电化学行为。其合成的SN@C/SiOx复合材料具有令人印象深刻的比容量（1150 mAh/g）和70.4%的初始库仑效率（CE）。即使在1.0 a/g的大电流密度下，1200次循环后可逆容量仍保持632 mA h/g。这种掺杂碳化策略为利用稻壳开发高性能锂离子电池提供了潜力。

 

[1] Jinlong Cui, Yang Qiu, Haibang Zhang, Zhendong Yao, Wenyuan Zhao, Yunying Liu, Juncai Sun, Sulfur- and nitrogen-doped rice husk-derived C/SiOx composites as high-performance lithium-ion battery anodes, Solid State Ionics, Volume 361, 2021, 115548.

 

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