河北农大/青大EEM：三异质结衍生氮掺杂碳纳米管支架用于高性能钠离子电池

钠离子电池铁基阳极以其来源丰富、成本低廉、比容量高等优点而备受关注。然而，电子和离子转移速率低、结构稳定性差以及Na₂S中间体的穿梭效应阻碍了其进一步发展。

图1. 材料制备示意

河北农业大学赵孝先、青岛大学Chaoyue Zhang等以改性的MIL-88B（Fe）为模板，经过催化生长和硫化过程，设计了Fe₃O₄/Fe/FeS三异质结节点衍生的N-碳纳米管支架结构（FHNCS）。

研究显示，在催化生长过程中，还原的Fe单体催化N掺杂碳纳米管的生长，连接Fe₃O₄/Fe/FeS三异质结节点，形成3D支架结构。其中氮掺杂的碳促进了Fe₃O₄/Fe/FeS颗粒之间的电子转移，三异质结促进了电子在界面处的扩散，从而形成了3D导电网络。独特的支架结构提供了更多的活性位点并缩短了Na⁺的扩散路径。同时，该结构表现出优异的机械稳定性，以缓解循环过程中的体积膨胀。

图2. 电化学性能研究

此外，Fe₃O₄/Fe异质结中的Fe可以调节Fe₃O₄中Fe的d带中心，增强Fe₃O₄与Na₂S中间体之间的吸附，抑制了穿梭效应。因此，FHNCS在0.5 A. g⁻¹下表现出436 mAh g⁻¹的高比容量，并且分别在0.5 A. g⁻¹和1.0 A. g⁻¹条件下循环100次和1000次后具有84.7%和73.4%的容量保持率。作者认为这一策略对构建具有优异倍率性能和循环稳定性的铁基阳极具有启示意义。

图3. 动力学研究及理论计算

Fe3O4/Fe/FeS Tri-Heterojunction Node Spawning N-Carbon Nanotube Scaffold Structure for High-Performance Sodium-Ion Battery. Energy & Environmental Materials 2023. DOI: 10.1002/eem2.12684

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河北农大/青大EEM：三异质结衍生氮掺杂碳纳米管支架用于高性能钠离子电池

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