Small Methods：高電壓正極材料氟磷酸釩鈉的製備及其儲鈉性能研究取得新進展
近日，中國科學院過程工程研究所綠色化工研究部和中國科學院物理研究所清潔能源實驗室合作，在國際頂級期刊Small Methods上報道了「Comprehensive Studies on the Hydrothermal Strategy for the Synthesis of Na3(VO1?xPO4)2F1+2x (0 ≤ x ≤ 1) and their Na-Storage Performance」的研究成果。文章對於高電壓聚陰離子化合物氟磷酸釩鈉的水熱合成及其儲鈉性能給予了非常系統和全面的研究。
由於具有高的工作電壓和結構穩定性，氟磷酸釩鈉Na3(VO1?xPO4)2F1+2x (0 ≤ x ≤ 1)（以下縮寫為NVPFs）被認為是用於鈉離子電池的一系列具有應用前景的正極材料之一。自2001年首次報道以來，傳統的兩步固相法已被廣泛用於此類化合物的製備。近年來，考慮到節能和形貌調控，人們越來越多地在NVPFs的低溫溶液合成路線方面進行了努力探索，特別是最近廣泛採用的溶劑/水熱法。在前期工作中，我們開發了相轉移輔助溶劑熱路線、簡單的溶劑/水熱方法來製備基於低氧化態釩源的NVPFs，並且即使沒有任何包覆處理，Na儲存性能也得到顯著改善。相關研究成果發表在Chem. Commun.（2015, 51 (33), 7160-7163），Angew. Chem. Int. Ed.（2015, 54 (34), 9911-9916），J. Mater. Chem. A.（2016, 4, 7178-7184）上。由於合成方法、合成條件的差異，文獻報道的儲鈉性能存在較大差異，如包括多種形式的電壓曲線。另外，即使同一方法，不同類型的反應前驅體、不同的反應溫度、時間、pH 以及各種包覆材料（碳、石墨烯、多壁碳納米管等），都會導致NVPFs形貌和微觀結構的不同，從而也進一步影響其電化學性能。目前還沒有系統的數據，可用於指導這一材料的選擇性製備。
鑒於此，博士生戚鈺若、趙君梅副研究員等基於簡單的低溫水熱方法，通過考察不同的原料及相應的合成條件，對純相NVPFs的製備過程和電化學性能進行了全面系統的研究。結果表明，反應體系中的pH不僅是製備純相NVPFs的關鍵，同時對於獲得具有特殊微納結構的材料也非常重要。另一方面，不同的釩源具有不同的溶解度和反應活性，最終對反應溫度和時間都有顯著的影響。這種有關前驅體與材料性能之間大致相關性的研究尚屬首次。通過分析合成過程中的普遍性和個性，總結了這一材料製備的關鍵因素和規律；通過系統地評估所合成樣品的電化學性能，得出了材料的電化學行為與前驅體原料之間的相關性。本研究的目的是闡明製備NVPFs的可能關鍵性因素，並為選擇性合成具有優異性能的NVPFs提供指導。
相關文章發表在Small Methods（DOI: 10.1002/smtd.201800111）上。
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