鋰離子電池(LIBs)具有自放電性能低、壽命長、能量密度高等特點，已成為便攜式設備、電動汽車(ev)、應急電源組件等領域的常用儲能系統(tǒng)。然而目前最廣泛使用的鋰離子電池負極材料石墨，受到其低理論容量（372mAh g-1）的限制，不能滿足對能量密度有較高需求的電動汽車或混合電動汽車的要求。因此，研究人員付出了相當大的研究精力尋找理想的電極材料以提高鋰電池的可逆容量和循環(huán)性能。

（來源：微信公眾號“Carbontech” ID：DT-Carbontech 作者：Ting）

近年來，過渡金屬氧化物(TMO)或硫化物(TMS)，如CuOx、CoOx、MnOx、FeOx、NiOx、SnOx、AgInZnS、Bi2S3等，由于其理論容量大(500-1000 mAh g−1)、儲量豐富、成本低廉，成為LIBs中下一代電極材料的潛在應用材料。然而，TMOs的固有電導率低、容量衰減嚴重、循環(huán)過程中體積變化大，阻礙了其實際應用。得益于高比表面積，良好的導電性，高流動性和良好的溶劑分散性，石墨烯量子點（GQDs）特別是具有一定功能的GQDs逐漸被應用于LIB的電極材料（例如VO2，MoS2，CuO，Sn，Si，NiO等），并在增強導電性，促進離子傳輸和改善循環(huán)性能方面發(fā)揮了積極作用。

近日，上海大學環(huán)化學院王勇教授課題組合成了蛋黃-殼結構的Co3O4@CuO微球，然后對羧基官能化石墨烯量子點（Co3O4 @ CuO @ GQDs）進行表面改性，并研究了它們的鋰儲存性能。相關研究成果以“Graphene quantum dots modification of yolk-shell Co3O4@CuO microspheres for boosted lithium storage performance”為題，發(fā)表在《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》上。

圖1. Co3O4 @ CuO @ GQDs的制備示意圖

優(yōu)勢分析：

（1）由金屬-有機骨架(MOFs)衍生得到的蛋黃-殼結構的Co3O4@CuO微球具有良好的微觀結構和高孔隙率。蛋黃-殼Co3O4@CuO結構的設計是為了適應逐步的鋰插入機制（首先在CuO殼中，然后在Co3O4核中）。

（2）Co3O4 @ CuO微球表面裝飾的GQDs不僅提供了更大的比表面積、更活躍的位點和更強的導電性，而且還起到緩沖作用，減緩了體積膨脹，改善了離子電導率。

（3）GQDs中的-COOH基團具有良好的親水性，這對于GQDs與Co3O4@CuO的結合是有益的，并且與Li+具有很強的親和力。

圖2. a）前三圈循環(huán)的CV曲線 b）Co3O4 @ CuO @ GQDs的充電和放電電位曲線 c）Co3O4 @ CuO @ GQDs和原始Co3O4 @ CuO在0.1A g-1下的循環(huán)性能對比 d）Co3O4 @ CuO @ GQDs和原始Co3O4 @ CuO的速率性能對比

基于上述結構和組成設計的優(yōu)點，Co3O4@CuO@GQDs陽極具有更好的循環(huán)能力和優(yōu)越的鋰存儲性能。具體而言，與沒有GQDs的Co3O4 @ CuO微球（在200次循環(huán)后，容量嚴重下降且容量低于414 mAh g（-1））相比，Co3O4 @ CuO @ GQDs陽極初始比容量為816 mAh g（-1）且在0.1A/g下200次循環(huán)后的高可逆充電容量為1054mAh g（-1）。

原標題:CHEM ENG J. ：石墨烯量子點用于鋰離子電池負極材料可提高鋰儲存性能