用于高性能锂存储的类单晶介孔Li2TiSiO5
在锂离子存储中，微结构单晶电极材料由于去除了材料内部的晶界而在离子电导率方面表现出巨大的优势，但通常会牺牲Li离子在微米颗粒中的扩散距离，从而降低倍率性能和循环稳定性。因此，非常需要设计和合成结合微结构和纳米结构优点的高性能储锂介孔单晶微粒材料。
Li 2 TiSiO 5作为三元金属氧化物(Li 2 O-TiO 2 -SiO 2 )之一，在TiO 和Li 4 SiO 4之间表现出双电子(Ti 4+ /Ti 2+氧化还原)转化反应。用作LIB的阳极材料。结果，可以获得308mAh hg -1的高理论容量。 46更重要的是，Li 2 TiSiO 5还表现出相对于 Li/Li +约 0.28 V 的适当且安全的工作电位，这不仅可以避免锂枝晶的形成，还可以确保高能量密度。然而，其本体形式的低本征电子和Li +电导率使其容量、循环和倍率性能受到影响。因此，构建具有高倍率性能和良好循环稳定性的介孔Li 2 TiSiO 5单晶电极是非常理想但具有挑战性的。
软模板法是构建高结晶和/或单晶介孔金属氧化物的最流行的合成路线。软模板法因其简单、可控和可大规模生产而成为合成介孔材料最直接、最可行的方法。许多努力致力于通过这种途径制造高结晶介孔金属氧化物。然而，所获得的组合物通常限于几种单一组分。此外，所得材料通常是多晶的，具有丰富的晶界和缺陷，这不可避免地会在某些应用场景中产生负面影响。近年来，多组分金属氧化物引起了各个领域的极大兴趣。然而，迄今为止，还没有关于三种以上组分的单晶和化学计量介孔金属氧化物的合成的报道。
针对这一挑战，近日，复旦大学教授团队首次报道了通过分步结晶策略软胶束定向合成单晶介孔Li 2 TiSiO 5 。具体而言，首先开发了化学计量螯合物前体(Ti 4+ /Li + -柠檬酸盐螯合物)作为实验室制造的前体。柠檬酸盐中丰富的羧基和羟基不仅可以很好地配位Ti 4+和Li +离子并抑制敏感钛和锂前驱体的水解，而且可以使多组分成功共组装成有序介观结构而无需相分离。随后，通过热解形成互穿的碳和SiO 2基体，其作为刚性网络限制框架的结晶并保护介观结构免于塌陷。有趣的是，非晶态SiO 2可以通过定向附着结晶过程与各向异性Li 2 TiO 3原位反应形成各向同性Li 2 TiSiO 5单晶。同时，在中孔表面涂覆超薄碳层(~2 nm)。获得的单晶状介孔Li 2 TiSiO 5显示出比表面积(约25 m 2 g -1)、均匀的孔径(约4.0 nm)和单晶骨架(图1)。值得注意的是，单晶介孔Li 2 TiSiO 5表现出安全的工作电位(∼0.28 V vs. Li/Li + )，在0.02 A g -1时最大锂存储量为393 mAh g -1，优异的倍率性能(5.0 A g -1 时为148 mAh g -1 )，并且由于介孔道(对应于纳米尺寸)引起的快速 Li +扩散，具有出色的长期循环性能( 3000次循环后，2.0 A g -1 时为138 mAh g -1)晶体框架和短扩散长度 (5-10 nm)(图 2)。
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