纳米材料制备难点（南理工:C2N纳米薄片共价接枝到还原氧化石墨烯上）

成果简介

氮掺杂碳材料广泛应用于钠离子电池中，但其掺杂结构不确定、氮含量低、钠化动力学缓慢等缺点阻碍了其实际应用。本文，南京理工大学朱俊武团队等研究人员在《ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊发表名为“Covalently Induced Grafting of C2N Nanoflakes onto Reduced Graphene Oxide with Dominant Pseudocapacitive Behaviors for a High-Rate Sodium-Ion Battery Anode”的论文，研究通过结合原位聚合的SN1亲核取代反应，将具有精确氮键位置、超高氮含量和固有纳米孔结构的薄层氮化碳（C2N）共价限制在还原氧化石墨烯（C2N/rGO）的表面上。得益于丰富的活性中心、短的离子/电子转移距离和良好的导电性，C2N/rGO电极在1Ag–1的1000次循环后提供218.1mAh g–1的容量。此外，通过循环伏安法 (CV) 和恒电流间歇滴定技术（GITT）方法证明钠的储存机制是一个容量控制的过程。这项工作展示了一种可行的策略来设计具有优异电化学性能的原子有序多孔含氮二维（2D）碳材料。

图文导读

图1. (a) GO到GO碳正离子的机理图，(b) C1s的XPS光谱和GO和GO碳正离子的碳键状态，（d/e）高分辨率 C1s和N1s和GO-HAB的光谱， (f-i) C2 N/rGO的制备过程示意图。

图2. (a/b) C2 N/rGO、C2N和rGO的XRD谱和拉曼光谱；

(c-e) C2N和C2N/rGO的XPS光谱以及C1s和N1s的高分辨率光谱；

(f) C2N和C2N/rGO的固态13C CP/MAS-NMR谱；

(g) 对应于 NMR 化学位移的可能结构；

(h) C2N/rGO的原子力显微镜图像，

(i) C2N/rGO模型结构图。

图3。（a） 扫描速率为0.2 mV s–1时C2N/rGO的CV曲线；

（b） C2N/rGO电极在0.01和3V之间0.1Ag–1的不同循环下的充电/放电曲线；

（c） C2N/rGO、rGO和C2N在0.1ag-1下的电化学储存性能；

（d） C2N/rGO、rGO和C2N的速率性能；

（e）C2N/rGO、rGO和C2N在1G–1下的循环性能。

图4. (a-c) rGO、C2N和C2N/rGO 电极在 0.2到1mV扫描速率下的CV 曲线；

(d) 电容和扩散控制过程对C2N/rGO 的容量贡献；

(e) C2N/rGO 在1.0mVs–1 时的电容分布；

(f) C2N/rGO在50mAg–1电流下的GITT 测试；

(g, h) 分别计算了放电和充电过程中 C2N/rGO的钠离子扩散系数；

(i) C2N/rGO电极上电容性电荷存储的示意图。

图5. (a) 100mAg–1下全电池第一次循环的充放电曲线和 (b) 1Ag–1下全电池的循环稳定性。

文献：

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06164