石墨烯纳米纤维作为具有增强锂存储性能的高耐久性嵌锂阳极

齐鲁工业大学Energy Technol.：电纺Fe2TiO5-TiO2@石墨烯纳米纤维作为具有增强锂存储性能的高耐久性嵌锂阳极

DOI:10.1002/ente.202000215

钛酸铁作为用于电化学能量存储和转化的潜在阳极材料具有重要的研究价值。在这项工作中，通过将还原型氧化石墨烯（rGO）纳米片锚固在Fe2TiO5–TiO2纳米纤维上，合理设计和制备了纤维状Fe2TiO5–TiO2@石墨烯（rGO–FTO–TO）杂化结构。有效包裹rGO纳米片可以大大提高电导率并减少体积膨胀。当作为阳极进行评估时，在高容量、长期循环稳定性和出色的倍率性能方面，rGO–FTO–TO均表现出优异的锂存储性能。此外，rGO纳米片与FTO-TO纳米纤维之间存在着强烈的静电相互作用，通过引入氨基丙基三乙氧基硅烷，在FTO-TO表面固定带正电荷的-NH3+基团，从而促进与带负电荷的羧酸(-COO−)和羟基(-OH)基团在rGO上的键合。与原始FTO-TO纳米纤维相比，rGO-FTO-TO具有较强的静电相互作用，显示出明显增强的初始容量、更高的容量保持率和高库伦效率。这项工作为制备石墨烯包裹Fe2TiO5-TiO2纤维状复合材料作为锂离子电池高性能阳极提供了一种可行的策略。

图1.rGO-FTO-TO纳米纤维合成步骤示意图。

图2.（a）分别为APS-FTO-TO和GO溶液的石墨烯封装示意图和（b）Zeta电位。

图3.（a）FTO、FTO-TO和rGO-FTO-TO纳米纤维的XRD图谱。（b）rGO-FTO-TO和FTO-TO纳米纤维的氮气吸附-解吸等温线。（c）GO和rGO-FTO-TO纳米纤维的拉曼光谱。（d）rGO–FTO–TO纳米纤维的拉曼光谱的峰拟合分析（插图显示了GO的拉曼光谱的峰拟合分析）。

图4.（a）rGO-FTO-TO纳米纤维的SEM图像和（b，c）TEM图像。（d，e）用红色矩形标记的（c）中选定区域的HRTEM图像（插图显示用红色圆圈标记的（c）中选定区域的相应SAED模式）。

图5.（a）rGO-FTO-TO的循环伏安图（CV）。（b）在不同电流密度下的速率能力。（c）rGO-FTO-TO在2000 mA g-1的电流密度下的循环性能。（d）rGO-FTO-TO和FTO-TO纳米纤维的奈奎斯特图和等效电路模型（插图）。（e）rGO-FTO-TO和FTO-TO纳米纤维在低频区域的Zre-ω-1/2曲线。

图6.（a）FTO-TO和（b）rGO-FTO-TO电极在2000 mA g-1的电流密度下的放电和充电曲线。（c）FTO-TO和（e）rGO-FTO-TO电极的奈奎斯特图。（d）FTO-TO和（f）rGO-FTO-TO电极在低频区域的Zre-ω-1/2曲线。

图7.（a）rGO-FTO-TO纳米纤维电极在不同扫描速率下的CV曲线，以及（b）CV中标记峰的logi-logυ曲线。（c）rGO-FTO-TO纳米纤维电极在1.0 mV s-1时的电容贡献（插图是FTO-TO纳米纤维电极在1.0 mV s-1时的电容贡献）。（d）在不同的扫描速率下，rGO-FTO-TO和FTO-TO电极的电容贡献率。

图8.锂离子电池中rGO-FTO-TO电极反应机理的示意图。

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文章来源：易丝帮