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化學(xué)所劉冰/文銳JACS：膠體碳環(huán)的高產(chǎn)率合成及其在Li-O2電池中的應(yīng)用

在多孔電極中使用碳材料具有令人印象深刻的優(yōu)勢(shì)。然而，精確定制碳電極的多級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)仍是一項(xiàng)尚未解決的挑戰(zhàn)。

在此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所劉冰，文銳等人報(bào)告了一種高效的位點(diǎn)選擇性生長(zhǎng)策略，通過模板化斑狀液滴來合成膠體碳環(huán)。碳環(huán)可用于直接制造鋰氧電池（LOB）具有分級(jí)孔的自支撐多孔電極。原位原子力顯微鏡顯示，在放電過程中，放電產(chǎn)物在碳環(huán)上密集成核和生長(zhǎng)，因此這種環(huán)是LOB中非常有潛力的電極材料。

中空碳環(huán)電極（HCRE）具有由環(huán)的隨機(jī)堆積形成的微米級(jí)通道和由壁中的納米孔連接的環(huán)形空腔組成的納米通道。這兩個(gè)通道都有助于離子傳輸和氣體擴(kuò)散，但放電產(chǎn)物的儲(chǔ)存主要位于微米級(jí)通道中，導(dǎo)致LOB的高放電容量（20?658mAh/g）。

圖1. 合成策略

總之，該工作基于斑狀液滴的定點(diǎn)選擇性模板策略高效合成了直徑和長(zhǎng)徑比可調(diào)的單分散碳膠體環(huán)，并成功地用于制備自支撐和無粘合劑的LOB電極。微米級(jí)和納米級(jí)通道的組合使碳環(huán)電極表現(xiàn)出優(yōu)異的比容量。

此外，作者發(fā)現(xiàn)即使具有微米級(jí)通道，放電產(chǎn)物的沉積仍然會(huì)阻礙Li⁺的傳輸，這證明了在電極中構(gòu)建大通道的重要性，并提出了提高放電容量的可能方向。因此，所構(gòu)建的分級(jí)多孔環(huán)形電極在電催化和電化學(xué)儲(chǔ)能方面具有潛在的應(yīng)用。

圖2. 空心碳環(huán)電極用于Li-O₂電池

High-Yield Synthesis of Colloidal Carbon Rings and Their Applications in Self-Standing Electrodes of Li–O2 Batteries，Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c09716

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