AFM：一种分散在石墨烯基体中的超薄Si纳米片用于锂离子电池负极实现界面稳定和高倍率性能

尽管二维硅（Si）材料由于其厚度小、横向尺寸大等特点，在作为锂离子电池（LIBs）的高性能负极方面显示出很好的应用前景。然而，超薄2D Si纳米片（Si-NSs）的简便制备及其高效应用仍然是一个巨大的挑战。

近日，哈工大杜春雨教授报道了通过对Al₂O₉Si₃蒙脱石进行盐酸刻蚀，然后进行镁热还原，成功地制备出平均厚度小于2 nm的超薄Si-NSs。通过静电自组装过程，这些Si-NSs高度分散在石墨烯上，进而得到Si-NSs@rGO纳米复合材料。

文章要点

1）HCL刻蚀可以去除部分铝层，促进超薄Si-NSs的形成。这种迄今为止，最薄的厚度提供了短而直接的离子传输路径，显著地促进了锂去离子化过程的可逆性。此外，超薄极大地抑制了体积变化引起的应力/应变，缓解了充放电过程中的粉化现象。同时，石墨烯和Si-NSs的紧密组装有效地提高了电子导电性，防止了高表面能Si-NSs的聚集，实现了机械稳定的电极结构，能够抵抗深层的锂化和脱锂。

2）实验结果显示，这种独特的Si-NSs@RGO纳米复合结构提供了卓越的可逆容量（2395.8 mAh g⁻¹，在0.05 A g⁻¹下）和相当高的倍率性能（1727.3 mAh g⁻¹，在1000 mA g⁻¹下）。更重要的是，Si-NSs@rGO材料还具有超稳定的循环性能（1000次循环的可逆容量为1006.1 mAh g⁻¹）和电极/电解质界面（1000次循环的平均库仑效率为99.85%）。

这项工作为制备超薄Si纳米片提供了一种有效的策略，大大提高了硅基材料的速率和循环性能，使Si-NSs@rGO复合材料成为高能量密度和长寿命的锂离子电池负极材料的一种相当实用的候选材料。

参考文献

Yang Ren, et al, Ultrathin Si Nanosheets Dispersed in Graphene Matrix Enable Stable Interface and High Rate Capability of Anode for Lithium-ion Batteries, Adv. Funct. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adfm.202110046

https://doi.org/10.1002/adfm.202110046