与其余金属相比，钠不能嵌入石墨中，阻碍了这种低成本、丰富的元素在可充电电池中的使用。在这里，我们报告了一种用于 Na⁺存储的纳米石墨状负极极，由仅在一侧功能化的堆叠石墨烯片形成，称为 Janus石墨烯。不对称功能化使得Na⁺可以可逆插入，还可以通过操作拉曼光谱电化学和成像椭偏仪进行监测。该Janus石墨烯具有均匀的孔径、可控的功能化密度和较少的边缘，其储存Na⁺的方式不同于石墨和堆叠石墨烯。密度泛函理论计算表明，Na⁺较好地靠近-NH₂基团与石墨烯形成协同离子键，使相互作用过程在能量上有利。估计钠储存高达C_6.9Na与标准锂离子电池的石墨相当。鉴于这种令人鼓舞的Na⁺可逆嵌入行为，我们的方法提供了一种设计用于钠离子电池的碳基材料的方法。
 

Fig. 1. Janus石墨烯的制备。
 

Fig. 2. 堆叠 AB 石墨烯多层膜的表征。
 

Fig. 3. AB石墨烯中Na⁺嵌入的 DFT 建模。
 

Fig. 4. 不同材料中Li⁺和Na⁺插层的比较。
 

Fig. 5. 通过操作拉曼监测 Na⁺可逆嵌入。
 

Fig. 6. 通过IES跟踪Na⁺可逆嵌入Janus石墨烯电极。
 

Fig. 7. 椭偏角 Delta 的模拟。
 
       相关研究成果于2021年由查尔默斯理工大学Vincenzo Palermo课题组，发表在Science Advances（http://advances.sciencemag.org/content/7/22/eabf0812）上。原文：Real-time imaging of Na⁺ reversible intercalation in “Janus” graphene stacks for battery applications。

转自《石墨烯杂志》公众号