【摘要】 为了进一步研究碳材料的物理性质，对其进行了XRD分析。

钠离子电池由于其在地球上储量丰富，且具有与锂类似的性质，在大规模储能领域受到广泛关注。生物质碳基材料具有成本低、结构可控、加工工艺简单、环境友好等特点，是极具发展前景的SIB负极材料之一。

 

在Huayan Wang等人的工作中提出了一种简单的新策略，即利用茶膜衍生的N,P共掺杂硬碳构建具有增强层间碳距离(0.44 nm)和高性能的茶膜生物质衍生碳阳极。

 

图1 材料的制备过程

 

首先，用标准丝筛彻底分离茶叶，用去离子水和乙醇清洗标准丝上的绒毛。然后用1mol /L HCl在120 ℃下加热3h，使残留杂质完全去除。接下来，用去离子水清洗样品，然后在真空烘箱中80°C烘干过夜。最后将样品沉积在瓷船中，600℃预碳化2 h，然后在流动的氩气中以5℃/min的升温速率，1100℃预碳化3 h，得到产品Tea-1100。

 

图2 Tea-1100和Tea-1100- np的(a) XRD图谱和(b)拉曼光谱

 

为了进一步研究碳材料的物理性质，对其进行了XRD分析。如图2a所示，所有样品的XRD谱图均在22°(002)和42°(100)附近出现两个宽而分散的峰，表明所有样品均为无序非晶结构。在炭化过程中，形碳产生极少量的结晶碳。与非晶碳相比，过量结晶碳的比例非常小，可以在很大程度上忽略，不会影响结论[22]。

 

与Tea-1100相比，Tea-1100- np在(100)晶面上的衍射峰较弱，表明其结晶度在下降。随着植酸和三聚氰胺的引入，(002)晶体平面的衍射峰逐渐向低角度偏移，表明层间间距明显增大，这一现象归因于杂原子的引入，这与TEM观察结果一致。峰宽的特点是由于多孔结构，减少了石墨壁的结晶。

 

为了更好地观察N、P原子的引入对碳材料结构的影响，进一步将拉曼光谱应用于研究中产生的硬碳的结构。如图2b所示，所有样品均可观察到两个典型峰位于1347 cm−1和1582 cm−1。Tea1100-NP的D峰半宽变大，峰位略微向低波数方向移动，证明了N、P掺杂的存在。通过计算可知，Tea-1100- np和Tea-1100的ID/IG比值分别为1.98和1.73(表1)，说明Tea-1100- np比Tea-1100具有更多的边缘缺陷和结构变形

 

制备的Tea-1100-NP复合材料具有高可逆容量、高初始库仑效率(28ma /g时ICE = 90%)、稳定的循环寿命(280ma /g时262.4 mAh/g，循环100次)和优越的倍率性能(1400ma /g时224.5 mAh/g)。

 

实验结果表明，茶-1100- np具有优异的电化学性能，因为茶-1100- np中含有大量的活性N、p基团，无序的非晶结构为茶-1100- np提供了充足的活性位点，提高了茶-1100- np的电导率，同时大量的微孔缩短了茶-1100- np的Na+扩散距离，加快了茶-1100- np的离子传输。这项工作提供了一种新型的N,P共掺杂的高性能毛毡衍生碳，也可能极大地促进SIB的商业应用。

 

[1] Huayan Wang, Huixin Chen, Chi Chen, Miao Li, Yiming Xie, Xingcai Zhang, Xianwen Wu, Qiaobao Zhang, Canzhong Lu, Tea-derived carbon materials as anode for high-performance sodium ion batteries, Chinese Chemical Letters, Volume 34, Issue 4, 2023, 107465.

 

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