楼雄文Angew. Chem. Int. Ed.：水热法辅助制备三壳MoO2/C中空球

【引言】

MoO₂具有相对较高的导电性、比容量以及化学稳定性，是很有前景的锂离子电池负极材料。通过设计纳米结构可以提高MoO₂基负极的电化学性能。

设计多壳的中空材料结构是新兴的重要纳米技术之一，相比单壳的结构更有益于内部结构发挥作用，有望应用于锂离子电池材料以提高电化学性能。通常采用的有硬模板法、软模板法和无模板自组装法。然而，硬模板法需要反复地沉积隔层和前驱体，步骤相当繁琐复杂；软模板法比较容易除去模板但很难控制好反应体系；无模板自组装法基于特殊的机理，尚未得到深入的研究，仅有几个成功例子。因此，寻求高效方法制备多壳中空材料是富有挑战性的探索。

【成果简介】

最近，Angewandte Chemie International Edition发表刊登了题为“Formation of Triple-Shelled Molybdenum-Polydopamine Hollow Spheres and Their Conversion to MoO₂/Carbon Composite Hollow Spheres for Lithium-Ion Batteries”的文章，报道了南洋理工大学楼雄文教授课题组（通讯作者）关于MoO₂基负极的最新成果。研究人员采用Mo-甘油酸盐（MoG）作为前驱体，通过简易的水热法制得三壳Mo-多巴胺（Mo-PDA）中空球。在本文中详细研究了三壳中空球的形成机理并提出连续自模板机理。同时探究氨水在该体系中起到的重要作用，通过调节氨水的量可控制MoG实心球的大小以及Mo-PDA中空球的壳层数（1~4）。三壳Mo-PDA中空球进一步煅烧后得到的三壳MoO₂/C中空球表现出优越的电化学性能。

【图文导读】

图1：三壳Mo-PDA中空球

(a) 制备过程示意图。

(b-d) 三壳Mo-PDA中空球的FESEM图。

(e-g) 三壳Mo-PDA中空球的TEM图。

图2：探究多壳Mo-PDA中空球转变过程

(a) 形成三壳Mo-PDA中空球的连续自模板机理示意图。

(b-f) 转变过程中间捕获的TEM图。

(g-i) 分别是采用580 nm、830 nm、1100 nm的MoG球制得的双壳、三壳、四壳Mo-PDA中空球。

图3：N₂保护下煅烧后得到的三壳MoO₂/C中空球

(a-b) 三壳MoO₂/C中空球的FESEM图。

(c-d) 三壳MoO₂/C中空球的TEM图。

(e) 三壳MoO₂/C中空球的EDX图谱，证实Mo、C、O的存在。

(f) 三壳MoO₂/C中空球的XRD图谱，微弱的峰对应氧钼矿MoO₂晶型。

图4：三壳MoO₂/C中空球的电化学性能

(a) 0.5 A/g下的恒流充放电曲线。

(b) 倍率性能图。

(c) 0.5 A/g下的循环性能和库伦效率。

【小结】

楼雄文教授课题组采用Mo-甘油酸盐和多巴胺在碱性条件下通过简单的水热反应得到三壳Mo-PDA中空球，并提出一种有趣的连续自模板机理解释这种纳米结构的形成过程。进一步煅烧后得到的三壳MoO₂/C中空球表现出优越的电化学性能。这种简单的多壳中空结构制备机理为其他材料制备提供新思路。

文献链接：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 )

本文由材料人编辑部新能源学术组 蒜头 供稿，点这里加入材料人的大家庭。参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”,欢迎关注微信公众号，微信搜索“新能源前线”或扫码关注。