多孔掺磷碳纳米管:磷酸水热合成及其在氧还原和锂硫电池中的应用

新型炭材料, 2016, 31(3): 352-362. doi: 10.1016/S1872-5805(16)60019-7

多孔掺磷碳纳米管:磷酸水热合成及其在氧还原和锂硫电池中的应用

郭梦清 ^1, , 黄佳琦 ^2, , 孔祥屹 ^3, , 彭翃杰 ^4, , 税晗 ^5, , 钱方圆 ^6, , 朱林 ^7, , 朱万诚 ^8, , 张强 ^9,

1.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

2.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

3.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

4.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

5.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

6.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

7.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084;曲阜师范大学化学工程系,山东曲阜273165

8.曲阜师范大学化学工程系,山东曲阜,273165

9.清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084

基金项目: 国家重大科学研究计划(2015CB932500) National Basic Research Program of China (2015CB932500).国家自然科学基金(21306103,21422604) National Natural Scientific Foundation of China(21306103,21422604)

关键词：碳纳米管 , 氧还原反应 , 锂硫电池 , 磷掺杂

Hydrothermal synthesis of porous phosphorus-doped carbon nanotubes and their use in the oxygen reduction reaction and lithium-sulfur batteries

Keywords： Carbon nanotube , Oxygen reduction reaction , Lithium sulfur batteries , Phosphorous-doped carbon

碳纳米管优异的物理性质和可调的化学组成使其拥有广泛的应用前景.采用低温过程在碳骨架中引入磷原子预期带来可调的化学特性.本研究采用170℃下水热处理碳纳米管-磷酸混合物获得磷掺杂的碳纳米管.磷掺杂的碳管的磷含量为1.66％,比表面积为132 m2/g,热失重峰在纯氧环境下提升至694℃.当掺磷碳纳米管用于氧还原反应时,其起始电位为-0.20 V,电子转移数为2.60,反应电流显著高于无掺杂的碳纳米管.当其用作锂硫电池正极导电材料时,电极的起始容量为1 106 mAh/g,电流密度从0.1C提升至1C时容量保留率为80％,100次循环的衰减率为每圈0.25％.

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