En el almacenamiento de iones de litio, los materiales de electrodos monocristalinos microestructurados muestran grandes ventajas para la conductividad iónica debido a que eliminan los límites de los granos dentro de los materiales, pero generalmente compensan la distancia de difusión de los iones de Li en la partícula microdimensionada, lo que reduce en consecuencia la capacidad de velocidad y la estabilidad del ciclo.

Por lo tanto, es muy deseable diseñar y sintetizar el material de micropartículas monocristalinas mesoporosas para el almacenamiento de litio de alto rendimiento, que combine las ventajas de la microestructura y la nanoestructura.

li₂TiSiO₅, como uno de los óxidos metálicos ternarios (Li₂O-TiO₂-SiO₂), exhibe un electrón de dos (Ti⁴⁺/ti²⁺reacción de conversión redox) entre TiO y Li₄SiO₄cuando se utiliza como material de ánodo para LIB.

Como resultado, se obtuvo una alta capacidad teórica de 308 mA h g^â1se puede obtener.⁴⁶Más importante aún, el Li₂TiSiO₅también muestra un potencial de trabajo apropiado y seguro en alrededor de 0,28 V frente a Li/Li⁺lo que no solo puede evitar la formación de dendritas de litio sino que también garantiza una alta densidad de energía.

Sin embargo, su baja electrónica intrínseca y Li⁺La conductividad de forma masiva ha frustrado su rendimiento de capacidad, ciclo y velocidad.Por lo tanto, es muy deseado pero desafiante construir Li mesoporoso.₂TiSiO₅Electrodos monocristalinos con capacidad de alta velocidad y buena estabilidad cíclica.

El método de plantilla blanda es la ruta de síntesis más popular para construir óxidos metálicos mesoporosos monocristalinos y/o altamente cristalinos.El método de plantilla blanda representa el enfoque más sencillo y factible para la síntesis de materiales mesoporosos debido a su simplicidad, controlabilidad y producción en masa.Se han dedicado muchos esfuerzos a fabricar óxidos metálicos mesoporosos altamente cristalinos mediante esta ruta.

Sin embargo, las composiciones obtenidas suelen estar limitadas a varios componentes individuales.Además, los materiales resultantes son generalmente policristalinos con abundantelímites de granoy defectos, que inevitablemente conducen a efectos negativos en algunos escenarios de aplicación.Recientemente, los óxidos metálicos multicomponentes han despertado un gran interés en diversos campos.Sin embargo, hasta la fecha, no existe ningún informe sobre la síntesis de óxidos metálicos mesoporosos monocristalinos y estequiométricos con más de tres componentes.

En respuesta a este desafío, recientemente, por primera vez, el equipo dirigido por el profesor Wei Li de la Universidad de Fudan informó sobre la síntesis dirigida por micelas blandas de Li mesoporoso monocristalino.₂TiSiO₅a través de una estrategia de cristalización escalonada.Para ser específico, el precursor de quelato estequiométrico (Ti⁴⁺/Li⁺-quelato de citrato) se desarrolló por primera vez como un precursor elaborado en laboratorio.

Donde los abundantes carboxilo ygrupos hidroxiloen el citrato no sólo puede coordinar bien el Ti⁴⁺y li⁺iones e inhiben la hidrólisis de precursores sensibles de titanio y litio, pero también permiten el coensamblaje exitoso de múltiples componentes en mesoestructuras ordenadas sin separación de fases.Posteriormente, el carbono interpenetrante y el SiO₂La matriz se forma mediante pirólisis, que funciona como redes rígidas para confinar la cristalización de las estructuras y proteger las mesoestructuras del colapso.

Curiosamente, el SiO amorfo₂puede reaccionar in situ con Li anisotrópico₂TiO2₃para formar isotropía Li₂TiSiO₅monocristal mediante un proceso de cristalización por unión orientada.Mientras tanto, se recubrió la superficie del mesoporo con una capa de carbono ultrafina (~ 2 nm).El Li mesoporoso monocristalino obtenido2_TiSiO5_{muestra una superficie específica (~25 m}2^gramoâ1^{), tamaño de poro uniforme (~4,0 nm) y estructuras monocristalinas.}Notablemente, elmonocristal

-como Li mesoporoso2TiSiO₅exhibe un potencial de trabajo seguro (â¼0.28 V vs. Li/Li₊), almacenamiento máximo de litio de 393 mAh g^â1a 0,02 Ag^â1, capacidad de velocidad superior (148 mAh g^â1a 5,0 A g^â1) y un excelente rendimiento de ciclismo a largo plazo (138 mAh g^â1a 2,0 A g^â1después de 3000 ciclos) debido al rápido Li⁺difusión causada por mesocanales, que corresponden a estructuras cristalinas de tamaño nanométrico y longitudes de difusión cortas (5-10 nm).^{Los hallazgos son}publicado

en el diarioRevista Nacional de Ciencias.Más información:Yanhua Wan et al, Autoensamblaje dirigido por Micelle de óxidos estequiométricos mesoporosos monocristalinos para almacenamiento de litio de alto rendimiento,

Revista Nacional de Ciencias(2024).DOI: 10.1093/nsr/nwae054Citación: