以P123嵌段模板法合成SiO₂-有序介孔（SiO₂-OMPs）短棒狀結(jié)構(gòu),以此為前驅(qū)體通過鎂熱還原和酚醛樹脂碳包覆處理,成功制備出有序介孔硅/碳復(fù)合結(jié)構(gòu)（Si/C-OMPs）,用于鋰離子電池負(fù)極材料測試。從掃描電鏡圖（SEM）和透射電圖（TEM）觀察發(fā)現(xiàn),SiO₂-OMPs形態(tài)可以通過HCl溶液濃度有效調(diào)控,在高濃度下獲得高堆積密度的粒狀有序介孔結(jié)構(gòu),并在鎂熱還原和碳包覆處理后這種有序介孔結(jié)構(gòu)均得到完美保持。X射線衍射（XRD）數(shù)據(jù)的分析表明,鎂熱還原反應(yīng)包括兩步串連反應(yīng):Mg和SiO₂先反應(yīng)形成Mg₂Si中間相,而后該相再還原剩余SiO₂并獲得終產(chǎn)物Si。第二步反應(yīng)屬于緩慢的固/固擴散過程,抑制了整個還原反應(yīng)的完成,導(dǎo)致Si產(chǎn)率低且存在雜質(zhì)相。電化學(xué)測試表明,由于其堅固的結(jié)構(gòu)和暢通的介孔系統(tǒng),有序介孔Si/C復(fù)合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。 

【文章來源】：無機化學(xué)學(xué)報. 2020,36(05)北大核心SCICSCD

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【部分圖文】：

合成的SiO2-OMPs樣品S1和S2的介孔結(jié)構(gòu)和介孔分析:(a)樣品S1的SAX圖;(b)樣品S1的HRTEM圖像;(c)N2吸附-脫附等溫線;(d)介孔尺寸分布圖

圖1 合成的SiO2-OMPs樣品S1和S2的介孔結(jié)構(gòu)和介孔分析:(a)樣品S1的SAX圖;(b)樣品S1的HRTEM圖像;(c)N2吸附-脫附等溫線;(d)介孔尺寸分布圖實驗結(jié)果表明，SiO2-OMPs的形貌能通過HCl濃度來控制。良好的OMPs形態(tài)可改善顆粒的幾何堆積致密性。顯然，短棒狀顆粒更易獲得緊密的堆積,因而,用其作儲鋰材料時會獲得更高的儲能密度。

圖3 在4和10℃·min-1的加熱速率下,SiO2-OMPs/鎂粉混合物的DSC曲線MRR可分為2個階段：Mg2Si的形成和Mg2Si向Si的轉(zhuǎn)變。在第1階段，鎂蒸氣擴散到Si O2表面，形成Mg2Si。這樣，在Mg被完全消耗的階段，產(chǎn)物中僅存在Mg2Si和MgO。在第2階段，Mg2Si與Si O2反應(yīng)，Si相出現(xiàn)并增加，至Mg2Si被完全消耗。第1階段中，1/2SiO2完全轉(zhuǎn)化為Mg2Si。由于是氣/固擴散反應(yīng)，所需時間很短。而第2階段中，余下的Si O2和Mg2Si在界面上發(fā)生固/固擴散反應(yīng)，反應(yīng)速度極慢，很難在短時間內(nèi)完成。因此，反應(yīng)程度通常不高(僅50%)，且在產(chǎn)物中SiO2、MgO、Si、Mg2Si和Mg2SiO4時常共存，因而經(jīng)常觀察到混合相，且硅產(chǎn)率較低。


本文編號：3414603