以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
英文原题：
Yolk–Shell Sb@Void@Graphdiyne Nanoboxes for High-Rate and Long Cycle Life Sodium-Ion Batteries
通讯作者：杨维清，西南交通大学
作者：Yan Liu (刘妍), Yue Qing (卿月), Bin Zhou (周斌), Lida Wang (王立达), Ben Pu (蒲犇), Xuefeng Zhou (周雪峰), Yongbin Wang (王勇彬), Mingzhe Zhang (张明哲), Jia Bai (白佳), Qi Tang (唐琪), and Weiqing Yang (杨维清)
背景介绍
锑基钠离子电池负极材料由于具有很高的理论比容量（660 mAh g-1）受到了广泛关注。然而，该材料在储钠过程中会发生剧烈的体积变化，导致材料粉化并与导电网络脱离，严重影响材料的电化学性能。构筑核壳结构碳包覆锑基材料是解决体积膨胀问题的有效手段，然而传统的碳壳不利于钠离子的快速传输，降低了材料的倍率性能。
近日，西南交通大学杨维清教授在ACS Nano上发表了石墨炔包覆锑纳米盒用于高性能钠离子电池的研究。论文利用Cu2O纳米立方块为结构模板，通过原位Glaser-Hay偶联反应在Cu2O表面构筑石墨炔壳层，再通过热还原和电化学置换反应，实现蛋黄-蛋壳结构石墨炔包覆锑空心纳米立方盒（Sb@Void@GDY NBs）的制备（图1）。
图1. Sb@Void@GDY NBs 的制备流程示意图
论文详细研究了材料的储钠性能，Sb@Void@GDY NBs相比于传统的碳包覆锑纳米空心立方盒（Sb@C NBs）具有更优异的倍率性能和更长的循环寿命（图2）。材料在10 A g-1的高倍率下可以实现294 mAh g-1的高比容量，在1 A g-1下循环8000圈后比容量仍可维持在325 mAh g-1，容量保持率达到74%。
图2. Sb@Void@GDY NBs 的钠离子半电池性能
原位电化学透射电镜研究（图3）显示，Sb@Void@GDY NBs在多次循环后仍可以保持原有的结构，表明石墨炔包覆和蛋黄-蛋壳结构构筑可以增强材料在储钠过程中的结构稳定性。电化学动力学研究表明（图4），石墨炔壳层相比于传统碳壳层更有利于钠离子的快速传输。
图4. Sb@Void@GDY NBs的电化学性质研究
为了考察Sb@Void@GDY NBs的应用潜力，研究了基于Sb@Void@GDY NBs负极，Na3V2(PO4)3正极的钠离子全电池的性能。全电池可以稳定循环500圈，容量保持率为75%。电池在85 W kg-1的功率密度下可以实现235 Wh kg-1的能量密度，在86 Wh kg-1的能量密度下，实现4 kW kg-1的功率密度。
图5. 以Sb@Void@GDY NBs为负极的钠离子全电池的性能
总结/展望
论文通过设计具有充足内部空隙的蛋黄-蛋壳结构以及引入具有丰富面内孔道的石墨炔壳层代替传统碳壳层构筑了兼具高倍率性能和长循环寿命的锑基钠离子电池负极材料。原位透射电镜和多种电化学表征表明论文所设计的结构可以缓冲锑基材料在充放电过程中的体积膨胀，同时，石墨炔壳层可以改善材料的钠离子扩散速率。论文的材料设计思路和制备策略可以推广到其它合金型负极材料，为高性能钠离子负极材料的开发提供有益借鉴。
相关论文发表在ACS Nano上，西南交通大学刘妍副教授为文章的第一作者，硕士研究生卿月为共同第一作者，杨维清教授为通讯作者。
通讯作者信息：
杨维清 西南交通大学
杨维清，西南交通大学材料科学与工程学院教授/博导，四川省杰出青年，主要从事纳米能源材料与功能器件的应用基础研究。近年来，在Adv. Mater., ACS Nano, Nano Lett., Adv. Funct. Mater.等国际著名刊物上发表SCI收录论文共计170余篇，ESI高被引论文18篇，引用1万余次(Google Scholar)。主持国家自然基金、四川省杰出青年基金项目、教育部留学回国人员启动基金项目等多项省部级项目，担任科技部重大研发计划项目会评专家和国家科技奖评审专家。申请专利40余项(已授权24项)，实现科技成果转化1800余万元。所做的工作被美国知名网站美国国家自然基金委（NSF)、Newscientist，CCTV等近20家媒体专题报道，受到法国路透社，中国科学网、中国储能网、中国网、新华网、人民网、凤凰网等多家国内外媒体关注。
主页：https://faculty.swjtu.edu.cn/yangweiqing/zh_CN/index/128089/list/index.htm
第一作者信息：
刘妍 西南交通大学
刘妍，西南交通大学材料科学与工程学院副教授/硕导，四川省学术和技术带头人后备人选。主要研究向：能源材料及电化学储能器件，在Angew. Chem. Int. Ed.；ACS Nano；Nano Lett.；Small等国际知名期刊发表学术论文20余篇。主持科研项目：国家自然科学基金青年科学基金、四川省重点研发项目、博士后创新人才计划等项目。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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