具有千层面结构的双碳层包覆Bi2O3/Bi复合负极材料实现高容量长循环锂存储

本文创新性地构建了石墨烯-无定形碳双包覆的Bi2O3/Bi复合材料（Gr@Bi2O3/Bi@AC），通过转化反应与合金化反应的协同效应，显著抑制体积膨胀并提升离子/电子传输效率。该材料展现出69.3%的首效、466 mAh g?1的高倍率性能（2000 mA g?1）及500次循环后1012.1 mAh g?1的稳定容量，为高容量合金负极设计提供了新范式。

　　

Morphology and microstructure（形貌与微观结构）

Gr@Bi₂O₃/Bi@AC复合材料通过两步法制备：先水热合成Gr@BiOCl/Bi前驱体，再经碳化处理。具体流程为：将Bi(NO₃)₃·5H₂O与十二烷基硫酸钠（SDS）溶于稀硝酸溶液，随后与含有石墨烯的二甲基甲酰胺（DMF）溶液混合。在磁力搅拌器持续搅拌过程中，加入饱和MgCl₂溶液诱导片状BiOCl（BiOCl-T）在石墨烯层间均匀生长，形成层状复合结构。后续通过PVP热解形成无定形碳层，同时BiOCl分解为Bi₂O₃并部分还原为金属Bi，最终构建出双碳层包覆的Bi₂O₃/Bi纳米球复合体系。

Conclusions（结论）

本研究成功开发了多层结构的Gr@Bi₂O₃/Bi@AC复合材料，其Bi₂O₃/Bi纳米球混合结构通过转化反应（Bi₂O₃→Bi）延缓锂合金化速率，有效抑制电极体积膨胀。丰富的Bi₂O₃作为铋元素储备库，持续提供活性物质，显著提升电极可逆容量。石墨烯与无定形碳构成的双碳层不仅增强导电网络，还通过Bi-O-C键合作用强化结构完整性，最终实现电极的高容量与长循环稳定性。