创新设计：花瓣状Bi@C核壳结构锚定多孔石墨烯，打造高性能电池阳极
成果简介
随着能源存储需求的激增，您是否想过如何提升电池性能？铋（Bi）材料以其低成本、高理论重量容量（386 mAh g–1）和卓越体积容量（3800 mAh cm–3），成为钠/钾离子电池阳极的理想候选。Bi在合金化/脱合金过程中的低电导率和巨大体积膨胀，严重制约了循环稳定性。为此，西北大学王贝贝助理研究员与王惠教授（通讯作者）团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊上发表重磅研究，论文题为“Bi@C Nanospheres with the Unique Petaloid Core–Shell Structure Anchored on Porous Graphene Nanosheets as an Anode for Stable Sodium- and Potassium-Ion Batteries”。该研究开创性地提出一站式解决方案：首次通过一步法合成具有独特花瓣状核壳结构的Bi@C纳米球，并与石墨烯（GR）纳米片复合，制备出Bi@C@GR材料。
这种核壳结构能大幅缩短电子/离子传输路径，有效缓解循环中的颗粒破裂风险。同时，Bi@C与多孔石墨烯的协同作用显著提升导电性并防止聚集，确保了优异的循环稳定性和倍率性能。结果显示，Bi@C@GR-2在0.1 A g–1条件下，钠储存（80次循环后容量300 mAh g–1）和钾储存（70次循环后容量200 mAh g–1）均展现高可逆容量。通过原位电化学阻抗谱和非原位透射电镜，深入揭示了电极在充放电过程中的动力学机制和相变行为。
图文导读
图1. Bi@C@GR复合材料的制备流程示意图，展示其高效的一步合成策略。
图2. (a,b) SEM图像揭示微观形貌，(c) 粒度分布直方图，(d-g) TEM/HRTEM图像显示核壳结构，(h-j) EDS映射图像及(k) EDS线扫描，证实Bi@C的均匀组成。
图3. Bi@C@GR-2的(a-c) SEM图像、(d-g) TEM/HRTEM图像及(h-k) EDS映射，突出其多孔锚定结构。
图4. (a) XRD谱、(b) 拉曼光谱、(c) N2吸-解吸等温线、(d) 孔隙分布和(e) 电导率对比，验证Bi@C@GR系列的结构优势；(f-i) XPS全谱及Bi4f、C1s、O1s光谱，分析化学状态。
图5. 电化学性能测试，展示Bi@C@GR-2在钠/钾离子电池中的高容量和稳定性。
图6. (a) 原位EIS光谱及充放电曲线，分析动力学反应；Bi@C@GR-2电极在(b-e) 0.005V和(f-i) 3.0V的TEM/HRTEM/EDS映射，揭示相变过程。
文献信息
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