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近年來，由于其獨特的二維結構、良好的電子導電性和較高的理論容量，層狀黑磷（BP）作為鈉離子電池陽極材料受到了廣泛的關注。但由于P原子利用率較低，在嵌鈉/脫鈉循環過程中產生較大的體積膨脹使得結構斷裂，導致BP基復合材料的實際比容量低于預期。本論文研究了一種三元復合材料，包含BP，石墨和聚苯胺（BP-G / PANI）（BP質量大于65％）。該三元復合材料提供優化的離子通道（電解質→PANI→BP-G→BP），能降低電極的電荷轉移電阻。此外，進一步的X射線吸收光譜測量表明，BP-G復合材料中石墨的存在能使BP深度鈉化，實現較高的嵌鈉/脫鈉的可逆性；均勻涂覆的PANI在充放電過程中限制了BP電極的體積膨脹，保證了BP-G /PANI循環穩定性。該復合材料子在0.25 A g-1下展現出1530 mA h gcompo-1的高可逆比容量，并且在高電流密度4A g-1下循環1000次后，容量保持仍有520 mA h gcompo-1。
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Figure 1.(a) BP-G和BP-G/PANI電極的鈉化示意圖。 BP-G /PANI和BP的(b) Raman圖譜和(c) XRD圖譜。BP-G/PANI的(d) TEM圖和(e) HRTEM圖。(f-i) BP-G/PANI元素分布圖。
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Figure 2. （a）BP和BP-G的P K邊緣XAS光譜。（b）BP-G和（c）BP的非原位XAS P K邊緣光譜。(d) BP-G/PANI電極和(e) BP-G電極的橫斷面SEM圖。
Figure 3. BP-G/PANI的(a) 充放電曲線和(b)倍率性能。(c) BP、BP/PANI、BP- G、BP- G /PANI在0.5 A g-1下的循環穩定性和庫侖效率。(d) BP、BP-G、BP-G /PANI的Rct。(e) BP-G/PANI在4 A g-1下的循環穩定性和庫侖效率。
Figure 4. (a)100次循環后BP-G/PANI的TEM圖。(b-g) HRTEM圖像。(h-k)經過100次循環后的BP-G/PANI元素分布圖。
相關研究成果于2019年由中國科學技術大學季恒星課題組，發表在ACS Appl. Mater. Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.9b04088）上。原文：Synergy of Black Phosphorus-Graphite-Polyaniline-Based Ternary Composites for Stable High Reversible Capacity Na-Ion Battery Anodes
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