无机化学学报2024,Vol.40Issue(10) :1840-1849.DOI:10.11862/CJIC.20240216

氮掺杂三维石墨烯-碳纳米管网络高效储锂

Nitrogen-doped 3D graphene-carbon nanotube network for efficient lithium storage

谢杰 徐洪楠 廖建峰 陈若愚 孙林 金钟
无机化学学报2024,Vol.40Issue(10) :1840-1849.DOI:10.11862/CJIC.20240216

氮掺杂三维石墨烯-碳纳米管网络高效储锂

Nitrogen-doped 3D graphene-carbon nanotube network for efficient lithium storage

谢杰 1徐洪楠 2廖建峰 1陈若愚 3孙林 4金钟5
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作者信息

  • 1. 常州大学材料科学与工程学院,常州 213164;盐城工学院化学化工学院,江苏省新型重点环保实验室,盐城 224051
  • 2. 盐城工学院化学化工学院,江苏省新型重点环保实验室,盐城 224051
  • 3. 常州大学材料科学与工程学院,常州 213164
  • 4. 常州大学材料科学与工程学院,常州 213164;盐城工学院化学化工学院,江苏省新型重点环保实验室,盐城 224051;南京大学化学化工学院,教育部介观化学重点实验室,配位化学国家重点实验室,南京 210023
  • 5. 南京大学化学化工学院,教育部介观化学重点实验室,配位化学国家重点实验室,南京 210023
  • 折叠

摘要

以壳聚糖和三聚氰胺分别作为碳源和氮源,同时引入多壁碳纳米管,结合冷冻干燥技术,成功制备了三维氮掺杂石墨烯-多壁碳纳米管(CS-GO-NCNT)交联网络材料.该材料兼具一维/二维杂化碳材料的优势,一维碳纳米管能够为材料提供良好的刚性和快速的电子传输路径,二维石墨烯片能够实现快速的离子迁移,此外,引入的氮杂原子能够进一步提供储锂活性位点.将CS-GO-NCNT作为锂离子电池负极材料,能够实现超过500mAh·g-1的可逆容量,远超商用石墨负极,此外,在1 A·g-1的大电流密度下循环300次后依然有高达268 mAh·g-1的可逆容量.

Abstract

A 3D nitrogen-doped graphene/multi-walled carbon nanotube(CS-GO-NCNT)crosslinked network mate-rial was successfully synthesized utilizing chitosan and melamine as carbon and nitrogen sources,concomitant with the incorporation of multi-wall carbon nanotubes and employing freeze drying technology.The material amalgamates the merits of 1D/2D hybrid carbon materials,wherein 1D carbon nanotubes confer robustness and expedited elec-tron transport pathways,while 2D graphene sheets facilitate rapid ion migration.Furthermore,the introduction of nitrogen heteroatoms serves to furnish additional active sites for lithium storage.When served as an anode material for lithium-ion batteries,the CS-GO-NCNT electrode delivered a reversible capacity surpassing 500 mAh·g-1,mark-edly outperforming commercial graphite anodes.Even after 300 cycles at a high current density of 1 A·g-1,it remained a reversible capacity of up to 268 mAh·g-1.

关键词

石墨烯/碳纳米管/杂化材料/负极/锂离子电池

Key words

graphene/carbon nanotube/hybrid material/anode/lithium-ion battery

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基金项目

国家自然科学基金(52202309)

江苏高校"青蓝工程"优秀青年骨干教师人才项目()

配位化学国家重点实验室开放课题项目(SKLCC2308)

江苏省碳达峰碳中和科技创新专项(BK20220008)

出版年

2024
无机化学学报
中国化学会

无机化学学报

CSTPCD北大核心
影响因子:0.665
ISSN:1001-4861
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