四川大学文晓刚课题组--氟化辅助脱合金合成的多孔还原氧化石墨烯-FeF2@碳用于高性能锂离子电池及其电化学机理探索

FeF2理论容量高、成本低，在下一代锂离子电池中具有巨大的应用潜力。然而，其导电性差，充放电过程中体积变化剧烈，限制了其实际应用。为了最大限度地提高可用的电化学性能，一种新型多孔还原氧化石墨烯-FeF2@碳 (rGO-FeF2@C) 复合材料通过脱合金方法成功合成，具有 430 mAh g-1 的高可逆容量，即使在0.08 A g-1下，循环 50 次后仍保持 400 mAh g-1，在 0.08 A g-1至 1.00 A g-1范围内也表现出优异的倍率性能。结果表明，这种结构和方法是实现 FeF2 阴极良好性能的有效策略。观察到一种新现象，即较低的充电电压会引起较高的放电平台，并提出了可能的假设。

Figure 1. Fe-Si合金粉末的SEM图像：(a)球磨前和(b)球磨后，(c) P-FeF2在500°C下获得，(d) Fe-Si、PVDF和GO的混合聚集体，(e和f) 在500 °C下获得的rGO-FeF2@C。(g) 碳包覆的多孔FeF2的SEM图像和相应的EDS元素映射：(h) Fe、(i) F、( j) C 和 (k) N。(l和m) rGO-FeF2@C的TEM图像。(n) rGO-FeF2@C的HRTEM图像和相应的 (o) SEAD图案。

Figure 2. (a) rGO-FeF2@C在0.08 A g-1电流密度下的循环性能。(b) rGO-FeF2@C在 0.08 A g-1 的电流密度和 4.0-1.0 V 电压范围下的 GCD 曲线。(c) rGO-FeF2@C在不同电流下的放电容量和库仑效率。在不同 (d) 温度和 (e) 碳源条件下，合成的阴极的放电容量和循环性能比较。(f) rGO-FeF2@C和rGO-FeF2@gluC的奈奎斯特图。(g) FeF2 与 PVDF-C 或 Glu-C 之间的键合示意图。(h) rGO-FeF2@C和rGO-FeF2@gluC 的 F 1s 的高分辨率 XPS 光谱。

Figure 3. (a) rGO-FeF2@C在不同扫描速率下的 CV 曲线。(b) 氧化还原峰值电流与扫描速率平方根之间的拟合线性。(c) rGO-FeF2@C总电流（橙色实线）和电容电流（阴影部分）的CV 曲线。(d) 不同扫描速率下电容和扩散控制的电容贡献百分比。(e) 在第一条放电曲线上标出了不同的状态点。（f）来自放电曲线的各种放电状态的奈奎斯特图。(g) 低频部分 Z' 与 ω−1/2 的线性关系。(h) 第一次放电/充电过程中的 Warburg 系数（插图：铁插入 LiF 的脱锂过程示意图。）

Figure 4. (a) rGO-FeF2@C在不同扫描速率下 20 次循环后的 CV 曲线。(b) 不同扫描速率下，电容和扩散控制的电容贡献百分比。

Figure 5. (a) rGO-FeF2@C在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范围内，在15个循环中的恒电流放电-充电曲线。(b) rGO-FeF2@C在初始15个循环中，在3.5-1.0 V和3.0-1.0 V范围内的循环性能。(c) 在0.08 A g-1 下，从第2次到第20次循环的放电曲线。(d) 来自不同循环的4.0 V 处，电极的XPS光谱。(e) 第1次和第10次（放电至1.0 V），电极的XRD图案。(f) rGO-FeF2@C在第一次循环中具有不同充电截止电压的恒电流充放电曲线。(g) 第一次充电不同电压下，电极的非原位 XRD 谱。图 7(f) 的放大区域，电压窗口为 (h) 4.3–1.0 V，(i) 4.0–1.0 V，( j) 3.5–1.0 V 和 (k) 3.0–1.0 V。

相关研究成果于2021年由四川大学文晓刚课题组，发表在Inorg. Chem. Front.（DOI: 10.1039/d1qi00273b）上。原文：The fluorination-assisted dealloying synthesis of porous reduced graphene oxide-FeF2@carbon for high-performance lithium-ion battery and the exploration of its electrochemical mechanism。

文晓刚，男，博士，教授，博士生导师。1994于西南师范大学化学系获理学学士学位，1997于中国科学院成都有机所获理学硕士学位，2005在香港科技大学化学系获哲学博士学位。2007-2009年德国马普固体所洪堡学者。2006年进入四川大学材料科学与工程学院，从事纳米材料与技术、纳米材料的应用、纳米器件等方向的研究。近年来获得国家自然科学基金面上项目、教育部新世纪优秀人才支持计划、教育部留学回国人员启动基金、四川省杰出青年基金、四川大学优秀青年学者研究基金等项目的支持。现为四川省学术和技术带头人后备人选，四川省科青联理事，四川省石墨烯产业技术创新联盟理事。担任Nanoscale，J. Mater. Chem., Appl. Surf. Sci.，高等学校化学学报，无机材料学报等杂志审稿人。在包括Angew Chem. Int. Ed.，Nano. Lett.，Adv. Mater.，Small，J. Phys. Chem. B，Appl. Phys. Lett.，Langmuir等国内国际著名期刊上发表论文50余篇。论文SCI引用2500余次。

研究兴趣

纳米材料与技术，纳米材料的应用（能量转换、储存；吸附；传感等领域）；新材料开发。

研究方向

1.纳米材料的设计、可控合成、表征、性质研究；

2.纳米材料在能源领域的应用：太阳能电池、锂离子电池、超级电容器、光催化等；

3.纳米吸附材料、气敏材料、复合材料等；

4.纳米器件的形成与测定。

招收纳米材料与技术、材料学博、硕士研究生，欢迎材料、化学、物理等相关专业学生报考。

联系电话：13408561634.

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部分已发表论文

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