具有精确化学计量比的有序介孔多金属氧化物合成方向重要研究进展

  作为一种典型的具有精确化学计量比的多金属氧化物,Li4Ti5O12因其优异的安全性和循环稳定性,被认为是极具潜力的下一代锂离子电池负极材料。但是,Li4Ti5O12材料本身低的电子电导率和锂离子传导系数,限制了其在高倍率锂离子电池中的应用。具有结晶骨架的介孔材料可以有效促进其骨架内外离子和电子的传输速率,进而极大的提升材料的倍率性能,被认为是极具效果的电极材料改性策略之一。然而截止到目前,制备具有晶化骨架的有序介孔Li4Ti5O12材料仍是巨大的挑战。这主要是由于金属前驱体与模板剂自组装过程和后续结晶过程不可控所致。

 

分子设计策略制备Ti3+离子掺杂有序介孔Li4Ti5O12纳米晶框架(OM-Ti3+-Li4Ti5O12)示意图

 

      针对以上问题,复旦大学赵东元教授研究团队开发出了一种通用的分子设计策略并成功制备出了Ti3+离子掺杂的有序介孔Li4Ti5O12纳米晶框架(OM-Ti3+-Li4Ti5O12)。其合成示意图如图所示。该策略的亮点是Ti4+/Li+-柠檬酸螯合物(TLCC)被首先设计合成为一种新型的分子前驱体。在该分子前驱体中,柠檬酸的羧基可以螯合精准化学计量比的Ti4+和Li+。两种金属离子几乎原子级别的分散在该分子前驱体中,该特点有利于在较低温度下生成Li4Ti5O12晶相。此外,该分子前驱体中富含的羟基可以保证其与模板剂(F127)的良好协同共组装,为有序介观结构的制备奠定了基础。最后,分子前驱体中的柠檬酸根在焙烧过程中,一方面可以形成原位碳骨架,进而限制Li4Ti5O12纳米晶的生长,另一方面可以原位还原Ti4+至Ti3+。该特点即保证了高温条件下有序介孔结构的维持,也为该材料用于高性能锂电负极奠定了基础。该分子设计策略还可用于其他有序介孔多金属氧化物的扩展合成。

       该论文的第一作者为王常耀博士,复旦大学的赵东元教授、李伟副教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了复旦大学化学系、先进材料实验室、上海市科学技术委员会重点基础研究项目、国家自然科学基金等的大力支持。

       全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201907748

发布日期:2019/11/27 发布者:网站管理员 点击数:26