聚乙烯吡咯烷酮稳定锂离子电池的合成

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这篇由西安交通大学可再生能源纳米材料中心的研究学者完成，讨论聚乙烯吡咯烷酮稳定锂离子电池的合成的论文，发表在英文核心期刊《电化学学报》上。

近年来，微波化学仪器用于材料合成的研究工作已经成为科学研究的热门方向，特别在储能材料的合成研究上，成果显著，受到广大学者的极大关注！

摘要

表面曝光工程、非化学计量缺陷和形貌是影响SnO2性能的关键参数。开发能够在整体控制所有这些变量以提高物理化学性能的合成程序是一个巨大的挑战。本文报道了一种由掺杂Sn2和可控制暴露{101}面的单晶非化学计量的三维层次结构的SnO_2(即SnO_2-δ)纳米片的简易微波水热法。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为封盖剂，通过引入高浓度的NaOH，使超薄和超大型SnO2-δ纳米片得以稳定，避免其在高碱性环境中溶解，从而形成具有优先生长面(121)和优势反应面{101}表面的纳米片状形貌。用XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS和Mssbauer谱分析了SnO2-δ的结构特征，发现SnO2-δ含有17at%的Sn2掺杂。

与化学计量的SnO_2相比，这些非化学计量的SnO_2-δ层状结构与化学计量的SnO_2相比，表现出优越的锂存储性能，这是因为它是由大比表面积(82m2/g)的柔性超薄纳米片和碳涂层组成的开放式分层结构，避免了团聚，并提供了便利电解质和锂离子扩散的多孔通道。

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结论

本文证明了用微波水热法制备具有暴露{101}面的非化学计量的SnO_2-δ纳米片非常容易，其中SnCl_2。2H2O为锡源，Sn2为掺杂剂，PVP为封端剂，在高碱性水溶液中稳定制备的SnO2-δ纳米片。更重要的是，NaOH起到了导向剂的作用，与PVP一起促进了(121)面择优晶体的生长，从而使单晶SnO2-δ纳米片中以{101}为主的表面暴露。

Mssbauer谱显示存在大量的Sn2(17at%)，FTIR和XPS分析表明PVP及其衍生物在微波辐射下的水热反应中发生了碳化反应。当用作锂离子电池负极材料时，用碳化PVP(黄色)或碳涂层(黑色)包覆的非化学计量的SnO2-δ具有增强的锂存储性能，这是由于Sn2自掺杂、碳化-PVP(或碳)盖层的协同作用，以及由超薄、柔性纳米片组成的独特的分层结构所致。

更重要的是，具有开放孔结构、大比表面积和定向排列的三维层状纳米结构不仅有利于电解质和锂离子的扩散，而且能保持电极的结构完整性。根据我们最好的知识，所开发的合成策略是第一个允许与Sn2同时自掺杂的SnO2反应{101}面曝光的策略，这对于研究气体传感、催化和光电学领域中依赖于面和缺陷的物理化学性质是很有希望的。

祥鹄仪器在本论文中的应用

微波水热平行合成仪(XH-800S，北京祥鹄科技发展有限公司)用于材料的制备，并利用800S多位平行的功能，进行了平行实验，以了解具有{101}面的非化学计量的SnO2-δ纳米片的形成机理。