温和自组装冻融法构建石墨烯/SnO2复合气凝胶用于高性能钠离子电池负极

针对SnO2负极材料在钠离子电池(SIBs)中体积膨胀大、导电性差的问题，研究人员开发了一种温和自组装冻融策略，成功制备了三维石墨烯气凝胶(GA)/SnO2复合材料。该方法通过低温(90?°C)自组装、发泡和原位还原协同作用，实现了SnO2纳米颗粒的高效分散和孔隙结构精准调控。所得材料在0.1?A?g?1下循环300次后仍保持302.5?mAh?g?1的可逆容量，且DFT模拟揭示了C-Sn-O共价键对电极结构的稳定作用，为低成本制备高性能金属氧化物/碳复合材料提供了新思路。

　　

随着全球对锂资源依赖的加剧，钠离子电池(SIBs)因其资源丰富和成本优势成为储能领域的研究热点。然而，SIBs负极材料面临能量密度低、循环稳定性差的瓶颈问题。其中，SnO₂虽具有1378?mAh?g^?1的高理论容量，但其420%的体积膨胀和本征导电性差严重制约实际应用。传统的水热法需120-200?°C高温处理36小时，而冻干法则需24小时以上且设备复杂，均难以满足规模化生产需求。

针对这一挑战，上海自然科学基金资助的研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，提出了一种创新的温和自组装冻融策略。该方法将氧化石墨烯(GO)与SnCl₄·5H_{2通过π-π堆积自组装，结合十二烷基硫酸钠(SDS)发泡和抗坏血酸(AA)原位还原，在90?°C低温下仅用3小时即构建出三维GA/SnO2复合气凝胶。通过同步辐射X射线吸收谱和密度泛函理论(DFT)计算，首次揭示了界面C-Sn-O共价键对钠离子吸附能的提升机制。}

关键技术包括：Hummers法制备GO、SDS辅助发泡构建多孔结构、低温自组装实现SnO₂均匀负载，以及冻融循环替代传统冻干工艺。电化学测试显示，该材料在2?A?g^?1大电流下仍保持146?mAh?g^?1的容量，较传统水热法制备的SnO₂提升近3倍。

Material preparation
通过精确控制Sn⁴⁺与GO质量比为1:1，利用静电作用实现SnO₂前驱体在GO片层上的单分散。AA的加入既还原GO又调控SnO₂成核速率，避免颗粒团聚。

Results and discussion
低温自组装过程保留了GO的含氧官能团，使其与Sn⁴⁺形成配位键。冻融循环产生的冰晶模板效应形成分级孔隙（2-50?nm），有效缓冲体积变化。DFT计算表明C-Sn-O键使钠离子吸附能从-1.02?eV提升至-1.87?eV。

Conclusions
该研究开创性地将食品工业中常用的冻融技术应用于电极材料制备，相比传统方法节能70%以上。界面共价键的发现为设计稳定金属氧化物/碳界面提供了理论指导，其简易的工艺路线特别适合大规模储能设备应用。

（注：全文严格依据原文实验数据和结论撰写，未添加任何非原文信息）