Rational Design and General Synthesis of S‐Doped Hard Carbon with Tunable Doping Sites toward Excellent Na‐Ion Storage Performance

材料科学 兴奋剂 微观结构 合理设计 碳纤维 化学工程 空位缺陷 纳米技术 杂原子 复合材料 光电子学 有机化学 结晶学 化学 戒指(化学) 工程类 复合数
作者
Zhensheng Hong,Yichao Zhen,Yurong Ruan,Meiling Kang,Kaiqiang Zhou,Jian‐Min Zhang,Zhigao Huang,Mingdeng Wei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (29) 被引量:320
标识
DOI:10.1002/adma.201802035
摘要

Abstract Heteroatom‐doping is a promising strategy to tuning the microstructure of carbon material toward improved electrochemical storage performance. However, it is a big challenge to control the doping sites for heteroatom‐doping and the rational design of doping is urgently needed. Herein, S doping sites and the influence of interlayer spacing for two kinds of hard carbon, perfect structure and vacancy defect structure, are explored by the first‐principles method. S prefers doping in the interlayer for the former with interlayer distance of 3.997 Å, while S is doped on the carbon layer for the latter with interlayer distance of 3.695 Å. More importantly, one step molten salts method is developed as a universal synthetic strategy to fabricate hard carbon with tunable microstructure. It is demonstrated by the experimental results that S‐doping hard carbon with fewer pores exhibits a larger interlayer spacing than that of porous carbon, agreeing well with the theoretical prediction. Furthermore, the S‐doping carbon with larger interlayer distance and fewer pores exhibits remarkably large reversible capacity, excellent rate performance, and long‐term cycling stability for Na‐ion storage. A stable and reversible capacity of ≈200 mAh g −1 is steadily kept even after 4000 cycles at 1 A g −1 .
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