华南理工《Rare Metals》：磷掺杂多孔石墨烯，用于高性能锂氧电池

成果简介

正极的缓慢电化学动力学是开发高性能锂氧电池（LOB）的关键问题之一。石墨烯基材料由于其独特的物理和化学特性，作为用于 LOB 的先进阴极催化剂而备受关注。形态控制和杂原子掺杂已被证明是改性石墨烯基材料的有效方法，具有增强的 LOB 性能。

本文，华南理工大学徐建铁教授课题组在《Rare Metals 》期刊发表名为“High performance lithium oxygen batteries based on a phosphorous-doped holey graphene cathode”的论文，研究合成了一系列不同孔径的多孔石墨烯（ hG- x），并将磷进一步引入hG-2（P-hG-2）。受益于孔洞结构和P掺杂的协同效应，作为LOBs正极的P-hG-2表现出优异的锂存储性能，最大放电容量为16546mAh·g-1在100 mA·g-1和91次循环的良好循环寿命在1000mA·g -1。

图文导读

图1、a） hG- x和P-hG-2合成过程示意图；b-h） Ni/hG-1、Ni/hG-2、Ni/hG-3、P-hG-2、 hG-1、hG-2和hG-3的SEM图；i） P-hG-2 的 TEM 图像；j） HAADF-STEM 图像和 P-hG-2 的相应 EDS 映射 ( k C, l O 和m P)

图2、a) XRD 图案，b-c)拉曼光谱和氮吸附-脱附曲线、P-hG-2 和 rG 的孔径分布；d) XPS 光谱；P-hG-2 的高分辨率 XPS 光谱：e )P 2p 和f C 1s

图3、电化学性能

图4、a）初始放电-充电曲线，b）异位 XRD 图案，c） EIS 光谱，d ）R ct和R s和（插图）等电路模型，e-h） SEM 图像

小结

本文制备了一系列不同孔径的多孔石墨烯（hG- x ），并研究了多孔结构与LOBs催化性能之间的关系。为了进一步提高hG-x的储锂性能，hG -x通过磷（P）掺杂改性形成P-hG- x（x  =2）。孔结构和P掺杂对增强P-hG-2电化学性能的协同作用可以扩展到其他碳材料作为具有其他杂原子的高性能 LOB 的阴极。

文献：https://doi.org/10.1007/s12598-022-02089-9