中國石油大學鐘瑞琴&北京大學鄒如強Chem. Eng. J.：在互連氮摻雜碳納米纖維上合理擴

DOI: 10.1016/j.cej.2021.128420

具有較大存儲容量的鈉的更高可用性推動了鈉離子電池（SIBs）先進電極材料的制備進程，從而擴大了智能電器的潛在市場。多種金屬原子分散到碳骨架中可以增強高性能SIBs的鈉吸附性能。在這項工作中，通過靜電紡絲和直接硒化（DS）工藝，將Fe/Se/Al原子/團簇合理分散在N摻雜非晶碳纖維上。當DS-Fe/Se/Al@NC-650納米纖維產品作為SIBs的負極材料時，在100 mA g-1下顯示432 mAh g-1的存儲容量，在700次循環中具有99％的穩定性。如此優異的存儲容量是通過Fe/Se/Al對N摻雜非晶碳納米纖維互連網絡的協同效應產生的。理論計算為用于SIB的DS-Fe/Se/Al@NC-650納米纖維的容量和穩定性提供了有力的證據，驗證了實驗結果中的電子/離子傳輸。

圖1.DS-Fe/Se/Al@NC-650和IS-Fe/Se/Al@NC-650納米纖維的制備示意圖。

圖2.形態和STEM元素映射。DS-Fe/Se/Al@NC-650納米纖維的（a-c）SEM，（d-e）TEM，（f）HRTEM和（g）STEM映射。

圖3.HAADF-STEM和EXAFS。（a-c）經像差校正的STEM圖像，（d）Fe、Se、Al和C的STEM元素映射，（e）Fe2O3、Fe3O4和FeO的Fe K-edge XANES光譜以及相應的Fe K-edge pre-edge XANES光譜，傅立葉變換Fe K-edge的幅值，（f）Fe3O4和酞菁鐵（FePC）的EXAFS譜以及Fe K-edge XANES譜的對應曲線。

圖4.用于SIB的DS-Fe/Se/Al@NC-650電極的電化學性能。（a）掃描速率為0.1 mV s-1時的CV，（b）充電/放電曲線，（c）所開發產品的容量比較，（d）在不同電流密度下的額定容量和（e）DS-Fe/Se/Al@NC-650電極的長期循環穩定性。

圖5.不同電壓下SIBs電池的非原位研究：（a）SIBs電池的PXRD，（b）拉曼光譜，DS-Fe/Se/Al@NC-65紐扣電池在不同電壓下的（c）XPS全掃描，以及（d）Na1s，（e）Se3d，（f）Al2p和（g）Fe2p去卷積XPS光譜。（h）第100次放電循環后DS-Fe/Se/Al@NC-650的形態。

圖6.（a）石墨烯，（b）氮摻雜石墨烯，（c）Fe@N-石墨烯，（d）Al-Fe-Se@N-石墨烯，（e）Na-石墨烯，（f）Na@N-石墨烯，（g）Na@Fe-Se-石墨烯，（h）Na@Al-Fe-Se-石墨烯，（i）Li@N-石墨烯，（j）Li@Al-Fe-Se-石墨烯，（k）Li-石墨烯和（l）Li@Fe-Se-石墨烯體系的優化結構。

圖7.優化結構的等值面電荷密度和態密度。（a）Li吸附在Al分散N-石墨烯上的等值面電荷密度。（b）Na吸附在Al分散N-石墨烯上的等值面電荷密度，（c）Li和（d）Na摻雜Fe/Se/Al@N-石墨烯的DOS。