樓雄文Angew. Chem. Int. Ed.：水熱法輔助制備三殼MoO2/C中空球

【引言】

MoO₂具有相對較高的導電性、比容量以及化學穩定性，是很有前景的鋰離子電池負極材料。通過設計納米結構可以提高MoO₂基負極的電化學性能。

設計多殼的中空材料結構是新興的重要納米技術之一，相比單殼的結構更有益于內部結構發揮作用，有望應用于鋰離子電池材料以提高電化學性能。通常采用的有硬模板法、軟模板法和無模板自組裝法。然而，硬模板法需要反復地沉積隔層和前驅體，步驟相當繁瑣復雜；軟模板法比較容易除去模板但很難控制好反應體系；無模板自組裝法基于特殊的機理，尚未得到深入的研究，僅有幾個成功例子。因此，尋求高效方法制備多殼中空材料是富有挑戰性的探索。

【成果簡介】

最近，Angewandte Chemie International Edition發表刊登了題為“Formation of Triple-Shelled Molybdenum-Polydopamine Hollow Spheres and Their Conversion to MoO₂/Carbon Composite Hollow Spheres for Lithium-Ion Batteries”的文章，報道了南洋理工大學樓雄文教授課題組（通訊作者）關于MoO₂基負極的最新成果。研究人員采用Mo-甘油酸鹽（MoG）作為前驅體，通過簡易的水熱法制得三殼Mo-多巴胺（Mo-PDA）中空球。在本文中詳細研究了三殼中空球的形成機理并提出連續自模板機理。同時探究氨水在該體系中起到的重要作用，通過調節氨水的量可控制MoG實心球的大小以及Mo-PDA中空球的殼層數（1~4）。三殼Mo-PDA中空球進一步煅燒后得到的三殼MoO₂/C中空球表現出優越的電化學性能。

【圖文導讀】

圖1：三殼Mo-PDA中空球

(a) 制備過程示意圖。

(b-d) 三殼Mo-PDA中空球的FESEM圖。

(e-g) 三殼Mo-PDA中空球的TEM圖。

圖2：探究多殼Mo-PDA中空球轉變過程

(a) 形成三殼Mo-PDA中空球的連續自模板機理示意圖。

(b-f) 轉變過程中間捕獲的TEM圖。

(g-i) 分別是采用580 nm、830 nm、1100 nm的MoG球制得的雙殼、三殼、四殼Mo-PDA中空球。

圖3：N₂保護下煅燒后得到的三殼MoO₂/C中空球

(a-b) 三殼MoO₂/C中空球的FESEM圖。

(c-d) 三殼MoO₂/C中空球的TEM圖。

(e) 三殼MoO₂/C中空球的EDX圖譜，證實Mo、C、O的存在。

(f) 三殼MoO₂/C中空球的XRD圖譜，微弱的峰對應氧鉬礦MoO₂晶型。

圖4：三殼MoO₂/C中空球的電化學性能

(a) 0.5 A/g下的恒流充放電曲線。

(b) 倍率性能圖。

(c) 0.5 A/g下的循環性能和庫倫效率。

【小結】

樓雄文教授課題組采用Mo-甘油酸鹽和多巴胺在堿性條件下通過簡單的水熱反應得到三殼Mo-PDA中空球，并提出一種有趣的連續自模板機理解釋這種納米結構的形成過程。進一步煅燒后得到的三殼MoO₂/C中空球表現出優越的電化學性能。這種簡單的多殼中空結構制備機理為其他材料制備提供新思路。

文獻鏈接：Formation of Triple-Shelled Molybdenum-Polydopamine Hollow Spheres and Their Conversion to MoO₂/Carbon Composite Hollow Spheres for Lithium-Ion Batteries? (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201608410 )

本文由材料人編輯部新能源學術組 蒜頭 供稿，點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。