徐宇曦AFM：具有完全可逆钾离子储存和超高容量的超小BiOX纳米晶体

因其独特的层状结构和纳米尺寸效应赋予它们引人入胜的物理化学性质和广泛的应用潜力，卤氧化铋(BiOX, X = Cl, Br, I)纳米材料备受关注。然而，尺寸低至10 nm的超小BiOX纳米晶体的合成仍然是一个相当大的挑战，迄今为止尚未探索在碱金属离子电池中对这种超小BiOX纳米晶体的研究。

西湖大学徐宇曦等报道了通过多功能纳米限制策略在还原氧化石墨烯上制备平均尺寸为6 nm的超小BiOX纳米晶体。

图1 BiOX-RGO的空间受限合成示意图

通过将氧化石墨烯(GO)分散体的pH值调节到适当的酸性范围，由于静电排斥力降低，GO片材倾向于略微堆叠。弱堆叠的GO片材为原位生长良好分散的超小BiOX纳米晶体提供了空间受限的纳米反应器，而高度分散的GO和强聚集的GO仅产生更大的BiOX纳米颗粒。随着GO进一步热还原为RGO，S-BiOCl-RGO 复合材料可直接用作钾离子电池(PIBs)的自支撑负极。

图2 用于钾离子存储的不同负极的电化学性能

研究显示，S-BiOCl-RGO在0.05 A g^-1下具有521 mAh g^-1的超高可逆容量和1148 mAh cm^-3的优异体积容量，并显示出出色的倍率性能（5 A g^-1时为205 mAh g^-1）和优越的循环稳定性（3000 次循环后容量保持率为 94.7%），远优于此前的Bi基负极，是迄今为止报告的PIB最好的负极之一。

此外，作者通过详细的原位XRD和非原位TEM表征，首次揭示了超小≈6 nm BiOCl的完全可逆电化学反应机制（BiOCl ↔ Bi ↔ K₃Bi），这有望实现618 mAh g^-1的高理论容量。作者相信这项研究不仅展示了BiOX在电化学能量存储中的真正潜力，而且还提供了一种通用的合成策略和超小纳米尺寸效应的基本见解，以优化/最大化纳米结构材料在电化学能量及其他方面的性能。

图3 电化学钾化/脱钾化反应中S-BiOCl-RGO负极的结构演变研究

Nanoconfinement Synthesis of Ultrasmall Bismuth Oxyhalide Nanocrystals with Size-Induced Fully Reversible Potassium-Ion Storage and Ultrahigh Volumetric Capacity. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202201352

徐宇曦AFM：具有完全可逆钾离子储存和超高容量的超小BiOX纳米晶体

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