楼雄文Angew. Chem. Int. Ed. : NiCo2V2O8蛋黄-双壳球的形成及其增强储锂性能

【引言】

具有复杂内腔的中空结构(如蛋黄-壳和多壳结构)由于应用领域广泛，引起了研究人员的极大关注。在能源相关领域已有研究表明，上述复杂的空心粒子不仅继承了空心纳米结构的优势(如表面积高、容量变化小以及电极/电解液界面大)，而且提高了活性物种的质量分数，进而显著提高电极材料的能量密度。基于上述优势，研究人员制备了各种蛋黄-壳或多壳中空结构的电极材料，如Ni-Co氧化物蛋黄-壳纳米棱柱、Co₃O₄@Co₃V₂O₈多壳纳米立方体等。然而目前大多数空心粒子组成成分相对简单，因此构筑同时具有复杂成分与复杂空心结构的电极材料富有挑战但意义重大。

【成果简介】

近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授(通讯作者)等利用简单的自模板策略构筑了化学成分复杂的NiCo₂V₂O₈蛋黄-双壳结构金属钒酸盐纳米材料，并在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了题为“Formation of NiCo₂V₂O₈Yolk-Double Shell Spheres with Enhanced Lithium Storage Properties”的研究论文。该论文被选为重点论文(VIP paper)。作者以Ni-Co甘油配合物球为前驱体，通过与VO₃^-进行阴离子交换反应以及煅烧处理合成NiCo₂V₂O₈蛋黄-双壳球体(YDSSs)。凭借成分和结构上的优势，上述NiCo₂V₂O₈YDSSs作为锂离子电池负极的储锂性能十分优秀。此外，在1.0 A·g^-1的高电流密度下，500次循环后仍保留高达1228 mAh·g^-1的可逆容量。

【图文简介】

图1 NiCo₂V₂O₈YDSSs制备过程

自模板策略制备NiCo₂V₂O₈YDSSs过程示意图。

图2 NiCo₂V₂O₈YDSSs的形貌和晶体结构

a,b) NiCo₂V₂O₈YDSSs的FESEM图像；

c-e) NiCo₂V₂O₈YDSSs的TEM图像；

f) NiCo₂V₂O₈YDSSs的XRD谱图。

图3 Co-V前驱体空心球和Co₃V₂O₈空心球的形貌

a,b) Co-V前驱体空心球的FESEM 图像；

c) Co-V前驱体空心球的TEM图像；

d,e) Co₃V₂O₈空心球的FESEM图像；

f) Co₃V₂O₈空心球的TEM图像。

图4 NiCo₂V₂O₈和Co₃V₂O₈样品的电化学储锂性能测试

a) 0.2 A·g^-1下，NiCo₂V₂O₈电极的恒电流充-放电电压曲线；

b) NiCo₂V₂O₈和Co₃V₂O₈电极的倍率容量；

c) 0.2 A·g^-1下，NiCo₂V₂O₈和Co₃V₂O₈电极的循环性能以及NiCo₂V₂O₈电极相应的库仑效率；

d) 1.0 A·g^-1下，NiCo₂V₂O₈电极高倍率循环性能以及相应的库仑效率。

【小结】

在该研究中，作者利用简单的自模板策略制备了复杂的NiCo₂V₂O₈蛋黄-双壳球体，合成过程涉及Ni-Co甘油配合物和VO₃^-在回流条件下的阴离子交换反应以及空气氛围下的煅烧。得益于独特的成分和结构优势，所制备的NiCo₂V₂O₈YDSSs电化学性能出色，其作为锂离子电池负极材料具有高容量、出众的倍率容量和良好的循环稳定性。上述工作可为成分与结构复杂的纳米材料的构筑及其应用提供新的见解。

文献链接：Formation of NiCo₂V₂O₈Yolk-Double Shell Spheres with Enhanced Lithium Storage Properties(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201800363)

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