原始和有缺陷的二维硼烯/石墨烯异质结构作为锂离子电池的潜在阳极

1成果简介 

　　硼烯因其独特的结构和电子特性而备受关注。然而，硼烯的应用受到生长金属基板的模板效应的限制。本文，清华大学周明教授团队在《Adv. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Pristine Defective 2D Borophene/Graphene Heterostructure as the Potential Anode of Lithium-Ion Batteries”的论文，研究采用共振球磨法和一步成型策略设计制备了稳定的硼烯/石墨烯（B/G）异质结构，首次实现了硼烯在锂离子电池中的应用。石墨烯作为硼烯的支撑基材，B/G阳极比还原的石墨烯（G）氧化物骨架具有更好的比容量和倍率性能。通过比较不同球磨时间下硼粉样品的电化学性能，发现B/G异质结与6h硼粉的负极具有的比容量，为192.3 mAh g -1，比石墨烯框架高39%。硼烯表面的氧化官能团有利于阳极的倍率性能。并通过性原理分析了硼烯表面官能团对扩散性能的影响。相信B/G在锂离子电池领域有进一步应用的潜力。

2图文导读  

图1、a/b) 硼烯合成和硼烯-RGO复合材料制备的示意图。

图2、a)通过扫描电子显微镜 (SEM)、b) 透射电子显微镜 (TEM) 和 c) 高分辨率透射电子显微镜表征硼烯/GO 复合材料。d）理论计算的晶格常数和e）（b）中红框区域的能量色散光谱（EDS）。f）从（e）中获得的每种元素的比例。

图3、a) 不同共振球磨机处理时间（0、2、4、6、10 和 24 小时）下纯 β-硼（PDF#11-0618）和硼粉的 XRD 图。b) 硼粉在920 到2000 cm -1的不同共振球磨加工时间下的FTIR 光谱。c) 0 h 硼粉和 d) 6 h 硼粉的 X 射线光电子能谱。

图4、a,c) RGO 和 B/G 阳极在 1 mV s -1扫描速率下的循环伏安 (CV) 曲线。b,d) 在电流密度为 100 mA g -1时 RGO 和 B/G 阳极在第 1、2、3、4 和 5 次循环时的充电/放电曲线。

图5、a,b) 不同处理时间下样品在 0.1 A g –1下的循环性能。c，d）（a）（b）中Z后50个循环的平均比容量。e，f）分别在不同电流密度下的充电和放电过程的倍率性能。

图6、a) 没有石墨烯（上）和有石墨烯（下）的硼烯 H的 Li 扩散路径快照。b) (a) 中路径的扩散势垒。c) 没有石墨烯（上）和有石墨烯（下）的硼烯 OH的锂扩散路径的快照。d) (c) 中路径的扩散势垒。

3小结 

　　综上所述，我们采用共振球磨法合成α-硼烯，并通过一步成型法制备了硼烯/石墨烯负极。这是首次实现硼烯在锂离子电池负极中的应用。采用本课题组发表的方法合成的硼烯可以通过液相分散法均匀分散在石墨烯表面，使硼烯与石墨烯在气凝胶形成后形成良好的接触界面。石墨烯可以作为硼烯的支撑基材，B/G的异质结构可以很好地继承硼烯的优良性能。作者认为 B/G 复合材料在锂离子电池领域具有进一步应用的潜力。

转载自：公众号“石墨烯联盟”