中南侯红帅EnSM：用于快速储锂的分层Bi2Se3/碳点复合材料

用于快速充电锂离子电池的先进电极材料对下一代储能系统具有重要意义。碳点（CDs）是一种尺寸<10 nm的新型碳纳米材料，由于具有量子限域、超小尺寸、边缘效应和丰富的官能团，引起了广泛的研究关注。

在此，中南大学侯红帅副教授等人报道了将CDs作为一种新型结构导向剂，设计了一种用于快速储锂的三维（3D）棒状Bi₂Se₃/碳点（Bi₂Se₃/CDs）复合材料，通过CDs诱导的自组装生长和位置选择性离子交换将Bi₂Se₃纳米薄片转变为交联结构。

实验结果和DFT计算说明了CDs诱导骨架的生长机制，首次揭示了Bi₂Se₃的原位锂化/脱锂过程，表明紧密连接的异质界面结合Bi-OC键的引入可以显著改善其固有的电子导电性，并验证了高度互连的3D骨架能够实现快速的电子/离子传输和自适应体积膨胀。

图1. Bi₂Se₃/CDs复合材料储锂过程的机理分析

由于改善的反应动力学和更好的结构稳定性，Bi₂Se₃/CDs复合材料具有优异的电化学性能，显示出超快充电能力（在20 A g^-1下充电27s容量即可达到165 mAh g^-1）和持久的循环稳定性（1 A g^-1下950次循环后容量为502 mAh g^-1），远优于类似材料。

更重要的是，这种开发的简便高效的CDs定制方法也可以扩展到将其他 2D 材料转化为具有可调结构、形态和物理化学性质的3D自组装纳米材料，以增强电化学储能性能。

图2. Bi₂Se₃/CDs复合材料的储锂性能

Hierarchical Bismuth Composite for Fast Lithium Storage: Carbon Dots Tuned Interfacial Interaction, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.019

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