Pre-doping iodine to restrain formation of low-active graphitic-N in hard carbon for significantly boosting sodium storage performance

阳极 材料科学 兴奋剂 空位缺陷 碳纤维 离子 化学工程 纳米技术 电极 化学 结晶学 光电子学 物理化学 复合材料 复合数 有机化学 冶金 工程类
作者
Jie Chen,Tao Hu,Zhuo Zou,Qingxin Zeng,Yali Jiang,Chuyue Tang,Chun Tang,Wei Li,Changxiang Fang,Wei Sun,Lingzhi Zeng,Chang Ming Li
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:186: 193-204 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.09.061
摘要

Nitrogen doping can improve the electrocatalysis performance of hard carbon (HC) as a promising anode material in sodium-ion batteries, but is very challenging to controllably decrease the content of low-active graphitic-N in C–N configurations for raising the HC anode performance. Here an iodine-predoping approach is used to effectively restrain graphitic-N formation and its mechanism is further revealed, in which iodine preferentially occupies the vacancy sites of graphitic-type carbon to directionally induce nitrogenous species bonding with the vacancy sites of pyridinic- and pyrrolic-type. Experimental characterizations and theoretical calculations solidly confirm the mechanism. As expected, the controllably constructed HC anode exhibits the highest reversible capacity of 483.1 mAh g−1 at 30 mA g−1 among all reported HC works, while delivering a long lifespan up to 6000 cycles decaying only 0.0096% per cycle at 1 A g−1. This work sheds light on viable fundamentals for controllably constructing desired C–N configuration for host materials.
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