安徽师范大学耿保友Angew. Chem. Int. Ed.：通过简单的干法高产量制备了具有三维网状结构的FeOx/C复合材料

【引言】

纳米尺度的过渡金属氧化物，由于理论容量高，被认为是潜在的锂离子电池负极材料。然而，循环过程中的低导电性、较大的体积效应，往往会导致活性物质的团聚、粉化，造成电化学性能低下。碳基过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料具有很好的循环性能，一直是研究热点，尤其是3D结构碳基过渡金属复合材料，因其独特的结构而备受关注。研究人员已提出多种类型碳基过渡金属氧化物的制备，如与石墨烯、碳纳米管等材料复合，但往往受制于复杂的制备过程和高昂的成本，很难实现商业化。因此，用简单的方法合成3D结构的碳基过渡金属氧化物材料，并将其应用在锂离子电池电极上的研究备受关注。

【成果简介】

近日，安徽师范大学耿保友教授（通讯作者）课题组在期刊Angew. Chem. Int. Ed. 上发表了一篇以Scalable Dry Production Process of a Superior 3D Net-Like Carbon-Based Iron Oxide Anode Material for Lithium-Ion Batteries为题的文章。研究人员采用一种简单、高产量的干法合成三维网状结构的碳包覆FeOx复合物并将其应用于锂离子电池负极材料上。该法首先将滤纸完全浸润在硝酸铁溶液中，使Fe³⁺吸附在其纤维上，再利用在氮气氛围下的高温热解和炭热还原反应，使得硝酸铁最终形成铁的氧化物和单质铁，而滤纸中的纤维则形成三维网状结构的碳包覆在FeOx的外层。通过改变煅烧温度，研究人员发现了750^oC的高温可形成良好的包覆结构。同时，研究人员对比了不同纸张对该材料形貌的影响，最终选出滤纸作为材料的吸附载体。制备出的3D网状FeOx/C具有独特的优势。首先，由于碳层结构的存在，避免了金属氧化物纳米颗粒直接暴露在电解液中，可以提高固体电解质界面（SEI）膜的稳定性。其次，由于具有高导电的碳层和Fe，体积效应可以有效降低，有利于提高电化学性能。这种复合材料可以用于锂离子电池电极材料，不仅因为其良好的性能，而且合成方法简单且产量大。

【图文导读】

图1. 3D 网状结构的FeOx/C 复合物的合成示意图

图2. 3D 网状结构的FeOx/C 复合物的组分分析图

分析证明该材料中含有Fe、O、C三种元素，且Fe、O分布在C中。

图3.  3D 网状结构的FeOx/C 复合物的形貌表征图

图可以看出碳的3D网状以及包覆结构。

图4. 3D 网状结构的FeOx/C 复合物性能图及其与各类其他材料的性能对比

【小结】

研究人员开发了一种简单的方法合成3D网状结构的FeOx/C材料并将其应用于锂离子电池电极材料中。这种材料结合了碳及过渡金属氧化物二者的优点，展现了良好的充放电性能及循环性能。值得注意点是，这种复合材料不仅可以作为锂离子电池的电极材料，而且其合成方法简单、产量大，有规模化生产潜力，从而提高该材料的实用性。

文献链接：Scalable Dry Production Process of a Superior 3D Net-Like Carbon-Based Iron Oxide Anode Material for Lithium-Ion Batteries (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201707647)

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