Metal–Organic Framework Derived Ultrafine Sb@Porous Carbon Octahedron via In Situ Substitution for High-Performance Sodium-Ion Batteries

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作者
Qinghua Li,Wang Zhang,Jian Peng,Wei Zhang,Zhixin Liang,Jiawei Wu,Jiajun Feng,Haixia Li,Shaoming Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 15104-15113 被引量:117
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c05458
摘要

Alloying-type anode materials are regarded as promising alternatives beyond intercalation-type carbonaceous materials for sodium storage owing to the high specific capacities. The rapid capacity decay arising from the huge volume change during Na+-ion insertion/extraction, however, impedes the practical application. Herein, we report an ultrafine antimony embedded in a porous carbon nanocomposite (Sb@PC) synthesized via facile in situ substitution of the Cu nanoparticles in a metal–organic framework (MOF)-derived octahedron carbon framework for sodium storage. The Sb@PC composite displays an appropriate redox potential (0.5–0.8 V vs Na/Na+) and excellent specific capacities of 634.6, 474.5, and 451.9 mAh g–1 at 0.1, 0.2, and 0.5 A g–1 after 200, 500, and 250 cycles, respectively. Such superior sodium storage performance is primarily ascribed to the MOF-derived three-dimensional porous carbon framework and ultrafine Sb nanoparticles, which not only provides a penetrating network for rapid transfer of charge carriers but also alleviates the agglomeration and volume expansion of Sb during cycling. Ex situ X-ray diffraction and in situ Raman analysis clearly reveal a five-stage reaction mechanism during sodiation and desodiation and demonstrate the excellent reversibility of Sb@PC for sodium storage. Furthermore, post-mortem analysis reveals that the robust structural integrity of Sb@PC can withstand continuous Na+-ion insertion/extraction. This work may provide insight into the effective design of high-capacity alloying-type anode materials for advanced secondary batteries.
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