吉林大學于開鋒&梁策J. Phys. Chem. Solids：靜電紡絲制備可控SnO2/ZnO@PPy中空納

DOI:10.1016/j.jpcs.2020.109861

一維中空納米結構可以有效地減小鋰離子的擴散距離，并緩解循環過程中SnO2的體積變化。在這項工作中，以兩種不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為原料，通過靜電紡絲技術和熱處理制備了SnO2/ZnO中空納米管。機理研究表明，可以通過改變PVP的分子量來控制具有不同形態的中空納米管。以高分子量PVP為前驅體制備的SnO2/ZnO納米管（SnO2/ZnO-H）的直徑較小，結構致密，作為負極在電化學測試中顯示出較好的穩定性和容量。通過原位聚合法涂覆聚吡咯（PPy）后，SnO2/ZnO-H的電導率和穩定性得到了進一步提高。該方法改善了電池的可逆容量，并且抑制了金屬氧化物在充電和放電過程中的體積膨脹。100次循環后，SnO2/ZnO@PPy負極在0.2C下的放電容量高達626.1 mAh g-1，表明其具有出色的穩定性。因此，通過改變前驅體聚合物的分子量可以獲得可控的中空金屬氧化物納米管結構。PPy涂覆中空納米管作為負極材料具有優異的電化學性能。該研究為鋰離子電池負極微觀結構的未來設計和優化提供了新的思路。

圖1.SnO2/ZnO@PPy的合成過程示意圖。

圖2.（a）Sn2+/Zn2+/PVPL（b）Sn2+/Zn2+/PVPH（c）SnO2/ZnO-L中空納米管和（d）SnO2/ZnO-H中空納米管的SEM圖像。

圖3.XPS高分辨率光譜圖像：在不同熱處理時間下SnO2/ZnO納米管的（a）Sn 3d（b）Zn 2p。

圖4.SnO2/ZnO-L中空納米管和SnO2/ZnO-H中空納米管的形成機理。

圖5.SnO2/ZnO@PPy納米管陣列的SEM圖像（a-b）。

圖6.（a）SnO2/ZnO@PPy的XRD校準圖以及（b）SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy的FTIR光譜。

圖7.SnO2/ZnO@PPy的形態分析。（a.b）SnO2/ZnO@PPy的TEM圖像和（c）對應于（b）中選定區域的HR-TEM圖像。（d）SnO2/ZnO@PPy中空納米管的SAED圖譜。（e）HAADF-STEM圖像以及SnO2/ZnO@PPy中空納米管中C（橙色），O（綠色），Sn（藍色），N（紫色）和Zn（粉紅色）的相應STEM元素映射圖像。

圖8.（a）SnO2/ZnO@PPy中空納米管的氮氣吸附-解吸曲線（插圖：BJH孔徑分布）。XPS高分辨率光譜圖像：SnO2/ZnO@PPy中空納米管的（b）Sn 3d和（c）Zn 2p。（d）SnO2/ZnO@PPy中空納米管的XPS光譜圖。

圖9.（a）SnO2/ZnO@PPy中空納米管的CV曲線。（b）0.2C下SnO2/ZnO@PPy中空納米管的恒電流放電/充電曲線。（c）0.2C下SnO2/ZnO-L、SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy中空納米管的循環性能。（d）SnO2/ZnO-L、SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy中空納米管在不同電流密度下的倍率性能。

圖10.純SnO2/ZnO-L、SnO2/ZnO-H和SnO2/ZnO@PPy中空納米管的EIS光譜。

圖11.SnO2/ZnO@PPy負極的SEM圖像：（a）作為LIBs負極在0.2C下循環100次之前，以及（b）作為LIBs負極在0.2C下循環100次之后。