Adv. Funct. Mater.|高储锂特异性SnO2空心纳米片

近些年各种形态的空心结构材料在能源存储领域广受关注，其合成路线除了使用无机和有机模板之外，也可以采用柯肯特尔效应（Kirkendall 效应）来合成一系列空心棒状或者球状的金硫化物以及锡化物材料。

鉴于此，韩国高丽大学的Y.C. Kang教授和建国大学的J.K. Lee教授合作以Kirkendall效应为基础，采用两步法制备出特异性空心结构SnO2纳米片，并由此提出了一种新的机制用于解释纳米金属硒化物到特异性空心金属氧化物的转化过程,其研究成果发表在国际顶级材料期刊Adv. Funct. Materi.（IF=11.382；2016年）上。

图1.不同温度下制得空心SnO2纳米片的循环性能和倍率性能

这种材料的倍率性能和循环性能优异。在多梯度超高倍率测试后，电流密度恢复到0.5A/g时，容量仍能恢复到717mA/g；在5A/g的电流密度下，第2次和第600次的放电容量分别为598和500mAh/g，容量保持率高达84%；当组成全电池时(SnO2/LiMn2O4)，在电流密度1A/g循环30次后，容量保持率达94.1%。此外作者研究了不同温度对材料结构以及性能的影响，其中温度为600℃时，材料的电化学性能最佳。

图2.SnO2/LiMn2O4全电池的循环性能和倍率性能

图3.在不同温度下制得材料的SEAD、TEM和HR-TEM图(左400℃、右上500℃、右下600℃)

随后，作者对这种新的合成机制给予了解释：

首先Ostwald熟化导致SnSe纳米片分散在碳微球表面，形成SnSe-C复合物;

其次，在合金化反应（alloying reaction ）过程中，碳微球会扰乱SnSe纳米片的晶格生长，高温和氧气促使部分复合物转变为空心SnO2;

最后，随着生长的不断进行，复合物完全转变为空心结构的SnO2纳米片。

综上，本文主要提供了一种新的材料制备手段——超声喷雾干燥，通过优化制备条件能够获得结构独特和性能优异的材料。

图4.空心SnO2纳米片的形成机理

实验方案:

(1)一锅法(one-pot)喷雾热解制备SnSe-C复合物:将0.05mol Sn(Oct)2，0.4mol的SeO2，5g聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone; PVP；Mw40000)溶解于1L的去离子水中制成喷雾溶液，使用1.7MHz包含6个振动器的超声喷雾发生器（ultrasonic spray generator ）产生液滴；

(2)用10%的H2/Ar作为载气，在5L/min的速度下将液滴传输到长度1200mm，直径50mm的900℃石英反应器中喷雾干燥，随后分别在400，500和600℃的空气中进行热处理。

G.D.Park, J.K.Lee, Y.C. Kang. Synthesis of Uniquely Structured SnO2 Hollow Nanoplates and Their Electrochemical Properties for Li-Ion Storage. Adv. Funct. Mater., 2016. DOI:201610.1002/adfm.201603399.

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