清华大学《Angew》：通过化学键在石墨烯纳米片上镶嵌纳米铋助力超长寿命的水系储钠

成果简介

本文，清华大学杨诚教授等在《Angew. Chem. Int. Ed》期刊发表名为“Inlaying Bismuth Nanoparticles on Graphene Nanosheets by Chemical Bond for Ultralong-lifespan Aqueous Sodium Storage”的论文，通过调节激光照射条件，可以方便地实现Bi纳米颗粒和激光诱导的石墨烯纳米片之间的强化学键，并且这种Bi@LIG复合电极可以显著提高ASIB的寿命。

首先将含有硝酸铋和尿素的氧化石墨溶液用作前体，并浇铸到不锈钢箔上，湿涂层的厚度控制在400微米。随后，涂布的箔在60 ℃下风干12小时。通过调节重复频率和束直径的散焦值，可以精确调节传递的光子能量，从而得到具有独特结构特征和石墨化的最终产品。

研究发现，具有均匀尺寸的Bi纳米颗粒通过紫外激光诱导的光化学还原紧紧固定在石墨烯层上，表现出镶嵌结构，这提供了缓冲基质以减轻Bi的体积变化，并保持石墨烯基电极网络中有效的电子和离子传输。牢固的化学键能够实现快速的电荷转移动力学和负极可循环性的显著改善。该策略可以为石墨烯-合金组合的未来结构调控提供长期应用场景的指导。

图文导读

图1 、（a）Bi@LIG电极的制备和铋-石墨烯复合材料的锚定效应（b）Bi（@LIG）的SEM图像分布（d）Bi@RTEM图像（e）Bi@LIG的TEM图，（f）Bi（LIG）的晶格条纹。（g）Bi（@LIG）的AC-TEM EDS映射。

图2.（a）Bi@LIG的XRD图谱。（b）Bi@LIG和Bi/GO的2D b-BXPS分析的晶体结构和晶格平面。（c）c Is区域的高分辨率光谱，（d）Bi4f（e）Bi@LIG和BIGO的TG分析。（f）BIALIG的横截面SEM映射图像

图3：电极的电化学分析

图4.MID模拟了NA-BI系统的不同结构。

文献：https://doi.org/10.1002/ange.202212439