Một phương pháp tổng hợp SiO2 nanotube một bước đơn giản và hiệu quả với cấu trúc ổn định và tỷ lệ khối lượng được kiểm soát cho vật liệu anode của pin lithium-ion

Ionics - Tập 26 - Trang 639-648 - 2019
Jie Tang1,2, Xinyi Dai1,2, Fuzhong Wu1,2, Yi Mai1,2, Xiao Wang1,2, Huixin Jin1,2, Yijing Gu1,2, Yanfang Xie1,2
1College of Material and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang, China
2Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Process Energy Saving, Guiyang, China

Tóm tắt

Các vật liệu có cấu trúc nanotub đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng điện hóa do tính ổn định cấu trúc tốt, diện tích bề mặt riêng cao và hoạt động của bề mặt trong và ngoài. Trong nghiên cứu này, chúng tôi báo cáo một phương pháp tổng hợp một bước đơn giản và hiệu quả cho SiO2 nanotube có tỷ lệ khối lượng được kiểm soát. Ảnh hưởng của các thông số như nồng độ monome và thời gian phản ứng lên tỷ lệ khối lượng đã được kiểm tra một cách hệ thống. Kết quả xác nhận rằng tỷ lệ khối lượng của SiO2 nanotube tăng lên theo thời gian phản ứng trước khi thêm tetraethyl orthosilicate, và chiều dài của SiO2 nanotube cũng có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh tỷ lệ hydrazine hydrate/NiCl2. SiO2 nanotube như một vật liệu anode cho pin lithium-ion thể hiện dung lượng xả ban đầu là 625,5 mAh g−1 và duy trì 232,5 mAh g−1 sau 100 chu kỳ ở 40 mA/g, tương ứng là 75,7% so với chu kỳ thứ hai, cho thấy hiệu suất điện hóa tốt.

Từ khóa

#SiO2 nanotube #lưu trữ năng lượng điện hóa #vật liệu anode #pin lithium-ion #ổn định cấu trúc

Tài liệu tham khảo

Lou XW, Archer LA, Yang ZC (2008) Hollow micro−/nanostructures: synthesis and applications. Adv Mater 20(21):3987–4019 Wei W, Wang ZH, Liu Z, Liu Y, He L, Chen DZ, Umar A, Guo L, Li JH (2013) Metal oxide hollow nanostructures: fabrication and Li storage performance. J Power Sources 238:376–387 Qi J, Lai XY, Wang JY, Tang HJ, Ren H, Yang Y, Jin Q, Zhang LJ, Yu RB, Ma GH, Su ZG, Zhao HJ, Wang D (2015) Multi-shelled hollow micro−/nanostructures. Chem Soc Rev 44(19):6749–6773 Zhou XS, Yu L, Yu XY, Lou XW (2016) Encapsulating Sn nanoparticles in amorphous carbon nanotubes for enhanced lithium storage properties. Adv Energy Mater 6(22):1601177 Zhou L, Zhuang ZC, Zhao HH, Lin MT, Zhao DY, Mai LQ (2017) Intricate hollow structures: controlled synthesis and applications in energy storage and conversion. Adv Mater 29(20):1602914 Wang H, Wu P, Qu MT, Si Y, Tang YW, Zhou YM, Lu TH (2015) Highly reversible and fast lithium storage in graphene-wrapped SiO2 nanotube network. ChemElectroChem 2(4):508–511 Prasath A, Sharma AS, Elumalai P (2019) Nanostructured SiO2@NiO heterostructure derived from laboratory glass waste as anode material for lithium-ion battery. Ionics 25(3):1015–1023 Qiao WY, Bai HC, Li M, Yang LQ, Wang CJ (2018) Structure and electronic properties of the double-wall nanotubes constructed from SiO2 nanotubes encapsulated inside armchair carbon nanotubes. Chemistryselect 3(2):765–772 Favors Z, Wang W, Bay HH, George A, Ozkan M, Ozkan CS (2014) Stable cycling of SiO2 nanotubes as high-performance anodes for lithium-Ion batteries. Sci Rep 4:406510 Yoo JK, Kim J, Jung YS, Kang K (2012) Scalable fabrication of silicon nanotubes and their application to energy storage. Adv Mater 24(40):5452–5456 Jang J, Yoon H (2004) Novel fabrication of size-tunable silica nanotubes using a reverse- microemulsion-mediated sol-gel method. Adv Mater 16(9–10):799–802 Chen YJ, Xue XY, Wang TH (2005) Large-scale controlled synthesis of silica nanotubes using zinc oxide nanowires as templates. Nanotechnology 16(9):1978–1982 Yin YD, Lu Y, Sun YG, Xia YN (2002) Silver nanowires can be directly coated with amorphous silica to generate well-controlled coaxial nanocables of silver/silica. Nano Lett 2(4):427–430 Fan R, Wu YY, Li DY, Yue M, Majumdar A, Yang PD (2003) Fabrication of silica nanotube arrays from vertical silicon nanowire templates. J Am Chem Soc 125(18):5254–5255 Yu J, Bai X, Suh J, Lee SB, Son SJ (2009) Mechanical capping of silica nanotubes for encapsulation of molecules. J Am Chem Soc 131(43):15574–15575 Gasparac R, Kohli P, Mota MO, Trofin L, Martin CR (2004) Template synthesis of nano test tubes. Nano Lett 4(3):513–516 Zollfrank C, Scheel H, Greil P (2007) Regioselectively ordered silica nanotubes by molecular templating. Adv Mater 19(7):984–987 Obare SO, Jana NR, Murphy CJ (2001) Preparation of polystyrene- and silica-coated gold nanorods and their use as templates for the synthesis of hollow nanotubes. Nano Lett 1(11):601–603 Mizrahi DM (2017) Facile one-step synthesis of silica micro- and nanotubes and their functionalization. Mater Today: Proceedings 4(7):7083–7092 Gao CB, Lu ZD, Yin YD (2011) Gram-scale synthesis of silica nanotubes with controlled aspect ratios by templating of nickel-hydrazine complex nanorods. Langmuir 27(19):12201–12208 Chen HS, Sun ZY, Shao JC (2011) Investigation on FT-IR spectroscopy for eight different sources of SiO2. Bull Chin Ceramic Soc 30(4):934–937 Park JW, Chae EH, Kim SH, Lee JH, Kim JW, Yoon SM, Choi JY (2006) Preparation of fine Ni powders from nickel hydrazine complex. Mater Chem Phys 97(2–3):371–378 Guo L, Liu CM, Wang RM, Xu HB, Wu ZY, Yang SH (2004) Large-scale synthesis of uniform nanotubes of a nickel complex by a solution chemical route. J Am Chem Soc 126(14):4530–4531 Li ZQ, Xiong YJ, Xie Y (2003) Selected-control synthesis of ZnO nanowires and nanorods via a peg-assisted route. Inorg Chem 42(24):8105–8109 Duan JX, Huang XT, Wang EK (2006) PEG-assisted synthesis of ZnO nanotubes. Mater Lett 60(15):1918–1921 Dahlberg KA, Schwank JW (2012) Synthesis of Ni@SiO2 nanotube particles in a water-in-oil microemulsion template. Chem Mater 24(14):2635–2644 Yan N, Wang F, Zhong H, Li Y, Wang Y, Hu L, Chen QW (2013) Hollow porous SiO2 nanocubes towards high-performance anodes for lithium-ion batteries. Sci Rep 3:1568 Ren YR, Ding JN, Yuan NY, Jia SY, Qu MZ, Yu ZL (2012) Preparation and characterization of silicon monoxide/graphite/carbon nanotubes composite as anode for lithium-ion batteries. J Solid State Electrochem 16(4):1453–1460 Dai XY, Zhou AJ, Xu J, Yang B, Wang LP, Li JZ (2015) Superior electrochemical performance of LiCoO2 electrodes enabled by conductive Al2O3-doped ZnO coating via magnetron sputtering. J Power Sources 298:114–122 Dai XY, Zhou AJ, Xu J, Lu YT, Wang LP, Fan C, Li JZ (2016) Extending the high-voltage capacity of LiCoO2 cathode by direct coating of the composite electrode with Li2CO3 via magnetron sputtering. J Phys Chem C 120(1):422–430 Zhou Y, Guo HJ, Yan GC, Wang ZX, Li XH, Yang ZW, Zheng AX, Wang JX (2018) Fluidized bed reaction towards crystalline embedded amorphous Si anode with much enhanced cycling stability. Chem Commun 54:3755–3758