用于钠离子电池阳极的氮掺杂纳米多孔碳材料研究

钠离子和锂离子具有相同的理化性质，相应的钠离子电池和锂离子电池具有相同的充放电原理。与锂离子电池相比，钠离子电池具有钠资源丰富、价格低廉且分布广泛等优点。但是，钠离子半径约大于锂离子半径55%，这导致钠离子从阳极材料中脱嵌（钠离子从阳极材料中脱出来的过程）缓慢，影响电池的循环和倍率性能（不同电流值的放电性能）。对于常规的阳极材料，钠离子电池的能量密度低于锂离子电池。因此，通过增加钠离子电池阳极活性表面积来解决该问题。

由于纳米多孔碳具有较大的比表面积，能够形成较大的活性表面积，且生产成本较低、耐酸碱腐蚀强，因此其可作为钠离子电池阳极材料最具潜力的材料。为了进一步增强纳米多孔碳与外来分子的结合，常采用氮原子掺杂（又称氮掺杂）对材料表面处理，并依此调节纳米多孔碳的电子结构。

在制备氮掺杂纳米多孔碳时，首先采用德国（Merck）集团生产的1-乙基-3-甲基四氟硼酸咪唑（EMIM-BF4）和美国玛奥德里奇（Aldrich）公司生产的乙醇钾作为原料，混合反应生成纳米多孔碳；之后利用韩国大宇（Daewoo）公司生产的微波反应炉，在功率700W的条件下对生成的纳米多孔碳进行300s的微波处理，实现氮掺杂，最终得到氮掺杂纳米多孔碳材料。

采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对制备的氮掺杂纳米多孔碳材料进行形态分析。结果发现，制备的氮掺杂纳米多孔碳材料具有球形纳米孔，且分布均匀。对氮掺杂纳米多孔碳材料的电化学性能进行分析发现，其作为钠离子电池阳极时，初始理论容量为268mAh/g，且在充放电循环200次后仍能保持初始容量的93%，同时具有良好的倍率性能。

刊名：RscAdvances（英）

刊期：2016年第6期

作者：SridharVadahanambi

编译：李臣