成果简介
本文，东北大学高波 教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“Graphene nanonetwork embedded with polyaniline nanoparticles as anode of Li-ion battery”的论文，研究提出了一种简单、无溶剂的方法来制备具有更强导电性和锂离子存储性能的石墨烯纳米网络-聚苯胺（PANI）纳米复合材料。为此，先对酸性氧化石墨烯（AGO）和 PANI 进行球磨，然后进行低温化学膨胀，最终形成化学膨胀石墨烯（CEG），形成晶格层间距为0.362 nm的介孔纳米网，并嵌入PANI纳米颗粒。CEG-PANI 纳米复合材料的性能优于CEG，在 200mA-g-1 条件下循环 150 次后的比可逆容量为 664mAh-g-1，在 2000mA-g-1条件下循环350次后的放电容量为253 mAh-g-1。CEG-PANI电化学性能的提高归功于它的大比表面积、介孔结构和掺杂有聚苯胺的N杂原子的导电均质石墨烯纳米网络，它们为锂离子的快速存储提供了足够的活性位点。纳米结构的CEG-PANI是锂离子电池阳极的理想候选材料。
图文导读
图1.CEG-PANI的合成过程图示。
图2.（a） CEG-PANI （1：0.1）、（b） CEG-PANI （1：0.2）、（c） CEG-PANI （1：0.5） 和 （d） CEG-PANI （1：1） 的 SEM 显微照片。（e） N2CEG-PANI的吸附/解吸等温线（1：0.2）。（f） CEG-PANI的孔径分布（1：0.2）。
图3.（a，b）CEG-PANI的TEM形态特征（1：0.2）。（c）高分辨率透射电镜显微照片显示，六方碳的层间距为0.36的晶面对应于（0 0 2）面。（d）石墨烯片上记录的衍射图，其中亮环对应于CEG-PANI（1：0.2）中石墨烯的（0 0 2）晶面。（e-i） 显示 （f） C、（h） N 和 （i） O 分布的材料的相应元素图图像。
图4.（a） AGO、PANI、CEG、CEG-PANI （1：0.1）、CEG-PANI （1：0.1）、CEG-PANI （1：0.5） 和 CEG-PANI （1：1） 粉末的XRD图谱。（b） AGO、PANI、CEG、CEG-PANI （1：0.1）、CEG-PANI （1：0.2）、CEG-PANI （1：0.5） 和 CEG-PANI （1：1） 粉末的拉曼光谱和 （c） 傅里叶变换红外光谱。
图5、纳米复合材料的电化学性能
图6. (a) CEG-PANI (1:0.2) 在不同扫描速率下的 CV 曲线。(b) 线性拟合后不同峰值电流下的 b 值。(c) 扫描速率为 1.0 mV-s-1 时复合材料的 CV 曲线和阴影区域中计算得出的假电容贡献率。(d) 不同扫描速率下伪电容和扩散容量的贡献比。(e）CEG-PANI（1:0.2）阳极在（f）石化和（g）脱石过程中的GITT 曲线和 Li+ 扩散系数。(h）AGO、PANI、CEG-PANI（1:0.1,1:0.2,1:0.5,1:1）电极材料的奈奎斯特图。
小结
探讨了一种新的、低成本的、相当绿色的低温化学膨胀方法，用于制备嵌入聚苯胺纳米颗粒的高质量氮掺杂石墨烯纳米网络，抑制石墨烯层的重新堆积。CEG-PANI纳米复合材料具有介孔结构，比表面积为 383 m2-g-1，孔径为 3.82 nm。我们通过傅立叶变换红外光谱和 XPS 证明，氮以吡啶氮、吡咯烷酮氮和少量石墨氮的形式被成功引入。此外，与 AGO（515 mAh-g-1）和 CEG（765 mAh-g-1）相比，CEG-PANI（1:0.2）在 10 个循环后的最大比容量为 822 mAh-g-1（0.1 A-g-1）。在电流密度为 2000 mA-g-1 的条件下，CEG-PANI 在循环 350 次后仍能保持良好的循环稳定性（253 mAh-g-1）。本研究制备的CEG-PANI材料可被视为锂离子电池的另一种高性能负极材料。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146936
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