北大/苏大《ACS Nano》：石墨二炔/石墨烯/石墨二炔夹层碳阳极，用于钾离子电池

苏州大学 孙靖宇、北京大学 张锦课题组在《ACS Nano》期刊发表名为 “Graphdiyne/Graphene/Graphdiyne Sandwiched Carbonaceous Anode for Potassium-Ion Batteries”的论文，研究提出一种GDY/石墨烯/GDY (GDY/Gr/GDY) 夹层结构，在范德华外延策略中提供高表面积和优良品质。

成果简介

石墨二炔（GDY）因其三角形孔道、富含炔烃的结构和大的层间距使其具有丰富的活性位点和理想的钾离子扩散路径而被认为是一种有吸引力的钾离子存储阳极候选物。然而，块状GDY的低表面积和无序结构通常会导致储钾性能不理想。本文，苏州大学 孙靖宇、北京大学 张锦课题组在《ACS Nano》期刊发表名为 “Graphdiyne/Graphene/Graphdiyne Sandwiched Carbonaceous Anode for Potassium-Ion Batteries”的论文，研究提出一种GDY/石墨烯/GDY (GDY/Gr/GDY) 夹层结构，在范德华外延策略中提供高表面积和优良品质。正如在半电池配置中测试的那样，与纯GDY电极相比，GDY/Gr/GDY 电极表现出更好的容量输出、倍率性能和循环稳定性。原位电化学阻抗谱/拉曼光谱/透射电子显微镜进一步应用于探测钾离子的存储特征，并揭示了GDY/Gr/GDY电极在重复钾化/去钾化过程中的良好可逆性。包含GDY/Gr/GDY阳极和钾普鲁士蓝阴极的全电池装置具有高循环稳定性，证明了GDY/Gr/GDY阳极在K离子电池中的巨大潜力

图文导读

图1. GDY/Gr/GDY夹层结构的合成和表征。

图2. GDY/Gr/GDY、Gr和GDY电极的电化学性能

图3. GDY/Gr/GDY电极的电动研究

图4.钾化/去钾过程中 GDY/Gr/GDY和原始GDY的原位TEM观察。

图5. KPB||GDY/Gr/GDY全电池器件的电化学性能

小结

已经合成了 GDY/Gr/GDY夹层结构，并证明它是PIB的合适阳极材料。详尽的电化学测量和操作分析表明，与纯GDY或Gr相比，GDY/Gr/GDY 表现出更高的钾储存能力，这得益于GDY/Gr/GDY的二维导电支架。KPB||GDY/Gr/GDY 全电池很容易获得合理的可逆容量，证实了GDY/Gr/GDY的结构优势。这项工作为针对实际应用的基于GDY的 PIB 阳极的设计提供了见解。

文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10857

文章来源：材料分析与应用（公众号）

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。