Green, Template-Less Synthesis of Honeycomb-like Porous Micron-Sized Red Phosphorus for High-Performance Lithium Storage

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作者
Junlu Zhu,Zhonggang Liu,Wei Wang,Liguo Yue,Wenwu Li,Haiyan Zhang,Ligong Zhao,Zheng He,Jianbo Wang,Yunyong Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 1880-1892 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c00048
摘要

Large-volume-expansion-induced material pulverization severely limits the electrochemical performance of high-capacity red phosphorus (RP) in alkali-ion batteries. Honeycomb-like porous materials can effectively solve the issues due to their abundant interconnected pore structures. Nevertheless, it is difficult and greatly challenging to fabricate a honeycomb-like porous RP that has not yet been fabricated via chemical synthesis. Herein, we successfully fabricate a honeycomb-like porous micron-sized red phosphorus (HPRP) with a controlled pore structure via a large-scale green and template-less hydrothermal strategy. It is demonstrated that dissolved oxygen in the solution can accelerate the destruction of P9 cages of RP, thus forming abundant active defects with a faster reaction rate, so the fast corrosion forms the honeycomb-like porous structure. Owing to the free volume, interconnected porous structure, and strong robustness, the optimized HPRP-36 can mitigate drastic volume variation and prevent pulverization during cycling resulting in tiny particle-level outward expansion, demonstrated by in situ TEM and ex situ SEM analysis. Thus, the HPRP-36 anode delivers a large reversible capacity (2587.4 mAh g–1 at 0.05 A g–1) and long-cycling stability with over 500 cycles (∼81.9% capacity retention at 0.5 A g–1) in lithium-ion batteries. This generally scalable, green strategy and deep insights provide a good entry point in designing honeycomb-like porous micron-sized materials for high-performance electrochemical energy storage and conversion.
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