成果简介
石墨烯因其优异的电子导电性和氧吸附能力而被认为是有前途的Li-O 2电池正极候选材料。然而，对于Li-O2电池来说，石墨烯的二维（2D）结构特性引起的自堆叠效应不利于氧的快速传输和传质过程，从而影响电极动力学。本文，北京理工大学吴川教授、北京大学陈剑豪研究员等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Platinum Nanocrystals Embedded in Three-Dimensional Graphene for High-Performance Li–O2 Batteries”的论文，研究提出通过等离子体增强化学气相沉积和物理粉碎策略成功制备了不同尺度的三维（3D）石墨烯，其中CH4是碳源，H2/Ar混合气体为蚀刻气体。同时，通过紫外线辅助构建策略制备了3D石墨烯基Pt纳米催化剂，并将其应用于Li-O2电池。
系统研究揭示了电化学性能与石墨烯粒径之间的特殊相关性，尺寸更小的 3D 石墨烯可以更好地保持Pt嵌入过程和电化学应用中的微观结构分布，有利于氧和锂离子的传输，降低Li2O2的分解能垒，进一步获得降低的充电过电位（0.22V）和延长Li-O2的循环寿命电池。最后，预计这项工作可以促进2D材料和更大尺寸3D 材料在Li-O2电池中的实际应用。
图文导读
图1. 3D 石墨烯的制备和 Pt-石墨烯材料的合成过程示意图。
图2. (a,b) S-石墨烯的 SEM 图像，(c-e) Pt-S-石墨烯材料的 TEM 和 HRTEM 图像，以及 (f-i) Pt-S-石墨烯材料的 HAADF 元素映射.
图3. 石墨烯和 Pt-石墨烯材料的 (a) C 1s 和 (b) Pt 4f XPS 光谱。
图4、电化学性能
图5. 初始放电的 L-石墨烯 (a,b)、Pt-L-石墨烯 (c,d)、S-石墨烯 (e,f) 和 Pt-S-石墨烯 (g,h) 阴极的 SEM 图像至 2.0V。
图6. 先前报道的基于石墨烯和贵金属阴极的研究的充电过电位和循环性能总结。
小结
本研究描述了一种易于获得且具有成本效益的策略，为 Li-O2电池的正极候选物制备高活性且稳定的电催化剂。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.2c10277
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