鋰離子電池(LIBs)具有自放電性能低、壽命長、能量密度高等特點(diǎn)，已成為便攜式設(shè)備、電動汽車(ev)、應(yīng)急電源組件等領(lǐng)域的常用儲能系統(tǒng)。然而目前最廣泛使用的鋰離子電池負(fù)極材料石墨，受到其低理論容量（372mAh g-1）的限制，不能滿足對能量密度有較高需求的電動汽車或混合電動汽車的要求。因此，研究人員付出了相當(dāng)大的研究精力尋找理想的電極材料以提高鋰電池的可逆容量和循環(huán)性能。

（來源：微信公眾號“Carbontech” ID：DT-Carbontech 作者：Ting）

近年來，過渡金屬氧化物(TMO)或硫化物(TMS)，如CuOx、CoOx、MnOx、FeOx、NiOx、SnOx、AgInZnS、Bi2S3等，由于其理論容量大(500-1000 mAh g−1)、儲量豐富、成本低廉，成為LIBs中下一代電極材料的潛在應(yīng)用材料。然而，TMOs的固有電導(dǎo)率低、容量衰減嚴(yán)重、循環(huán)過程中體積變化大，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。得益于高比表面積，良好的導(dǎo)電性，高流動性和良好的溶劑分散性，石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）特別是具有一定功能的GQDs逐漸被應(yīng)用于LIB的電極材料（例如VO2，MoS2，CuO，Sn，Si，NiO等），并在增強(qiáng)導(dǎo)電性，促進(jìn)離子傳輸和改善循環(huán)性能方面發(fā)揮了積極作用。

近日，上海大學(xué)環(huán)化學(xué)院王勇教授課題組合成了蛋黃-殼結(jié)構(gòu)的Co3O4@CuO微球，然后對羧基官能化石墨烯量子點(diǎn)（Co3O4 @ CuO @ GQDs）進(jìn)行表面改性，并研究了它們的鋰儲存性能。相關(guān)研究成果以“Graphene quantum dots modification of yolk-shell Co3O4@CuO microspheres for boosted lithium storage performance”為題，發(fā)表在《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》上。

圖1. Co3O4 @ CuO @ GQDs的制備示意圖

優(yōu)勢分析：

（1）由金屬-有機(jī)骨架(MOFs)衍生得到的蛋黃-殼結(jié)構(gòu)的Co3O4@CuO微球具有良好的微觀結(jié)構(gòu)和高孔隙率。蛋黃-殼Co3O4@CuO結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)逐步的鋰插入機(jī)制（首先在CuO殼中，然后在Co3O4核中）。

（2）Co3O4 @ CuO微球表面裝飾的GQDs不僅提供了更大的比表面積、更活躍的位點(diǎn)和更強(qiáng)的導(dǎo)電性，而且還起到緩沖作用，減緩了體積膨脹，改善了離子電導(dǎo)率。

（3）GQDs中的-COOH基團(tuán)具有良好的親水性，這對于GQDs與Co3O4@CuO的結(jié)合是有益的，并且與Li+具有很強(qiáng)的親和力。

圖2. a）前三圈循環(huán)的CV曲線 b）Co3O4 @ CuO @ GQDs的充電和放電電位曲線 c）Co3O4 @ CuO @ GQDs和原始Co3O4 @ CuO在0.1A g-1下的循環(huán)性能對比 d）Co3O4 @ CuO @ GQDs和原始Co3O4 @ CuO的速率性能對比

基于上述結(jié)構(gòu)和組成設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，Co3O4@CuO@GQDs陽極具有更好的循環(huán)能力和優(yōu)越的鋰存儲性能。具體而言，與沒有GQDs的Co3O4 @ CuO微球（在200次循環(huán)后，容量嚴(yán)重下降且容量低于414 mAh g（-1））相比，Co3O4 @ CuO @ GQDs陽極初始比容量為816 mAh g（-1）且在0.1A/g下200次循環(huán)后的高可逆充電容量為1054mAh g（-1）。

原標(biāo)題:CHEM ENG J. ：石墨烯量子點(diǎn)用于鋰離子電池負(fù)極材料可提高鋰儲存性能