成果简介
碳化铁功能化多孔碳纳米复合材料具有良好的电催化性能、稳定的化学性质和合理的成本效益，被认为是锂离子电池（LIB）的潜在负极材料。本文，杭州电子科技大学郑辉副教授团队在《ACS ANM》期刊发表名为“Fe3C-Functionalized 3D Nitrogen-Doped Porous Graphene Nanocomposites as Anode Materials for Lithium-Ion Batteries”的论文，研究提出采用一种简单的策略合成了一种统一的Fe3C功能化三维氮掺杂多孔石墨烯纳米复合材料（Fe3C/NPG），该策略涉及丝纤维素与铁离子的配位。
这种材料表现出独特的三维多孔结构、高水平的氮原子掺杂（约 10%）以及分散良好、界面结合力强的 Fe3C 纳米颗粒。在加热温度为 800 °C 和铁离子浓度为 50 mM 的条件下，Fe3C/NPG 复合材料作为锂离子电池负极材料表现出优异的可逆容量和速率性能。在 0.1 A/g 条件下，它的速率容量为 729.5 mA h/g；在 4.0 A/g 的高电流密度条件下，经过 200 次循环后，它的放电容量为 205.5 mA h/g。总之，Fe3C/NPG 凭借其出色的循环稳定性和令人印象深刻的速率能力，显示出作为 LIB 负极材料的巨大潜力。
图文导读
图1. Fe3C/NPG纳米复合材料的制备示意图。
图2. 不同温度下纳米复合材料的晶体结构
图3. 纳米复合材料的形态
图4. (a) S500-50 mM 的高分辨率 N 1s 光谱；(b) S800-50 mM 的高分辨率 N 1s 光谱，插图显示了 N 石墨烯的示意图；(c) S1000-50 mM 的高分辨率 N 1s 光谱；(d) S500-50 mM 的高分辨率 Fe 2p 光谱；(e) S800-50 mM 的高分辨率 Fe 2p 光谱；(f) S1000-50 mM 的高分辨率 Fe 2p 光谱；(g) 高分辨率 C1s 光谱；以及 (h) 全光谱。
图5：（a）S500-50、S800-50 和 S1000-50 mM 在不同电流密度下的速率性能；（b）S500-50、S800-50 和 S1000-50 mM 在 0. 1 A/g 时的速率性能；（c）S800-0、S800-25、S800-50 和 S800-75 mM 在不同电流密度下的速率性能；（d）S800-0、S800-25、S800-50 和 S800-75 mM 在 0.1 A/g 下的循环性能；以及（e）S800-50 mM 在 4 A/g 下的循环性能和 S800-50 mM 在 200 次循环前后的 TEM 图像
图6：(a) 以 0.2 至 1.0 mV/s 的扫描速率测量的 Fe3C/NPG 电极 CV 曲线；(b) 对数阳极/阴极峰值电流斜率 b 与对数扫描速率的拟合曲线；(c) 从扫描速率为 1.0 mV/s 时获得的 CV 曲线计算出的电容贡献；以及 (d) 计算出的电容容量百分比随不同扫描速率的变化。
小结
综上所述，以蚕丝纤维素和硝酸铁为前驱体，通过真空加热处理合成了Fe3C/NPG纳米复合材料。该材料具有明显的三维多孔结构，N 原子掺杂含量高，Fe3C 纳米颗粒均匀地分散在石墨烯表面，界面结合力强。纳米复合材料的形态和晶体结构取决于铁的浓度和加热温度。在加热温度为800 °C、铁离子浓度为 50 mM 的条件下，Fe3C/NPG 复合材料作为 LIB 阳极材料表现出优异的可逆容量和速率性能。在0.1A/g 的条件下，它的速率容量为729.5 mA h/g；在4.0A/g 的高电流密度条件下，经过 200 次循环后，它的放电容量为205.5 mA h/g。总之，Fe3C/NPG 凭借其出色的循环稳定性和令人印象深刻的速率能力，显示出作为 LIB 负极材料的巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03589
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
