河南科技大学Nanoscale：双水解反应快速制备超细且分散均匀的SnO2纳米粒子

背景介绍

SnO₂由于其较高的比容量和易于制备的特性而成为替代石墨负极的有利竞争者。然而，在锂化/去锂化循环中较大的体积膨胀导致活性颗粒的粉碎和电子导电网络的破裂。通常，粉碎的颗粒无法参与随后的锂化/去锂化反应，从而导致容量快速下降。此外，巨大的体积变化还导致固体电解质界面（SEI）膜的破坏。众所周知，形成良好的SEI膜可以防止电解质与锂活性材料接触，并在较长的循环寿命内抑制电解质的电化学副反应。因此，一旦损坏了SEI膜，大量的SnO₂颗粒将重新暴露于电解质中。这些重新暴露的SnO₂颗粒具有新的表面，可以直接与电解质接触，从而导致SEI膜的持续生长，这会阻碍离子/电子的传输并损害电池的电化学性能。纳米尺寸的材料在解决体积膨胀方面具有重要意义。此外，纳米材料还可以通过增加表面原子数，使反应部位更易于暴露，从而进一步提高比容量。因此，各种形态的纳米级SnO₂被制备，以减轻体积膨胀，改善电池在较高的充电/放电电流密度下的循环稳定性。此外，对于超细纳米颗粒而言在制备过程中容易团聚，所以想要制备粒径小于10 nm的均匀分散的超细纳米材料仍然是一个巨大的挑战。

成果简介

基于此，近期河南科技大学的雷建飞副教授团队和洛阳理工学院王芳副教授团队合作报道了一篇通过双水解反应快速制备超细且分散均匀的SnO₂纳米粒子的文章。在本文中，SnO₃^2-和Fe³⁺在水溶液中会发生剧烈的双水解作用，形成带负电的H₂SnO₃胶体粒子和带正电的Fe(OH)₃胶体粒子，两种带电胶体粒子由于静电自组装作用形成蜂窝状的“核-壳”单元。这种独特的结构可以将H₂SnO₃胶体颗粒锁在Fe(OH)₃的动态封闭室内，这可以防止H₂SnO₃的胶体颗粒在后续反应过程中进一步团聚。最后，通过水热反应，这些“核-壳”单元将转变成SnO₂ @ FeO(OH)复合结构，然后通过盐酸腐蚀除去 FeO(OH)，最终形成直径小于6nm的分散良好的SnO₂颗粒。研究成果以“Rapid Preparation of Ultra-fine and Well-dispersed SnO₂ Nano-particles Via Double Hydrolysis Reaction for Lithium Storage”为题发表在国际著名期刊Nanoscale上，其中，河南科技大学硕士生周玉林为第一作者，雷建飞副教授，王芳副教授为通讯作者。

图文导读

图1：制备超细SnO₂的胶体粒子带相反电荷的相互作用以及形成稳定的胶体溶

图2：稳定胶体溶液水热反应前后的Zeta电位曲线和粒径/分布曲线（a和b反应之前； c和d反应以后）以及水热反应之前的电泳实验（e）。

图3超细SnO₂的制备过程示意图。

小结

基于SnO₃^2-和Fe^{3 +}之间的双重水解反应，并受益于H₂SnO₃和Fe(OH)₃带电胶体颗粒的静电自组装作用，制备了超细且分散良好的SnO₂颗粒。 提出了蜂窝状“核壳”单元来解释超细颗粒的形成。 除此之外，本文将碳用作SnO₂的导电网络和分散介质，制备的超细SnO₂ / C负极材料在锂存储方面表现出出色的性能。

文献链接：Rapid preparation of ultra-fine and well-dispersed SnO₂ nanoparticles via a double hydrolysis reaction for lithium storage, Nanoscale, 2020, 12, 15697–15705,

https://doi.org/10.1039/D0NR02219E

本文由作者团队供稿。