[01387956]多孔道Ge/C纳米纤维的静电纺丝法合成及其作为高功率钠离子电池负极的研究

本项目通过静电纺丝法,合成了一系列具有多孔道结构的Ge基一维纳米材料,并探索了其生长机理。结合Ge基一维纳米材料的充放电测试结果,以及在充放电过程中相应的微结构和形貌变化,揭示其微结构、形貌同电化学性能之间的内在联系。为开发高性能Ge基负极材料提供了一定的实验以及理论基础。 （1）使用静电纺丝法合成了一种Ge/C纳米复合材料,优化了Ge量子点和碳纤维的复合结构。在这种复合结构中,4~7纳米的 Ge量子点高度分散在具有多孔（孔径10~150纳米）结构的碳纤维中。这种独特的纳米结构大幅度提高了该复合材料的储钠性能。如在200 mA g-1的电流密度下较高的可逆容量达1204 mA h g-1,100次循环后达87.1%的容量保持率,以及在3000 mA g-1的高电流密度下仍有760 mA h g-1的容量的高倍率性能。性能的提高可归结于Ge量子点和碳纤维的协同效应,在循环过程中,它不仅有效缓解并阻止了Ge量子点体积膨胀和团聚,保持了材料的结构稳定性,而且还提高了钠/锂离子在电极中的动力学性能。研究成果发表在SCI收录一区高水平论文Nanoscale, 2018, 10, 6872. （2）使用原位一步水热法合成了Ca2Ge7O16纳米纤维/石墨烯纳米复合材料,该材料中,Ca2Ge7O16纳米纤维被包裹在导电性能良好的石墨烯片层结构之中。作为锂离子电池负极材料,在电流密度为0.6 mA cm-2时, 该复合材料的可逆充电容量为602 mA h g-1,100次循环后容量保持率高达99%。到电流密度增长到3,6,15 mA cm-2时,电极的容量分别为517,414,354 mA h g-1。该材料良好的电化学性能与石墨烯和Ca2Ge7O16纳米纤维的协同效应密切相关,它可提高电极的导电性以及结构稳定性。研究成果发表在SCI收录二区高水平论文Mater. Lett., 2017, 196, 157. （3）以泡沫镍为衬底,Bi（NO3）3和GeO2粉末为Bi源和Ge源,用一步水热法合成了Bi4Ge3O12二维纳米片。作为钠离子电池负极材料,在0.1 A/g的电流密度下,经过100次循环之后,容量仍高达332.3 mAh/g。研究成果发表在SCI收录论文Chinese Chem. Lett., 2019, 30, 1341。