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化學所劉冰/文銳JACS：膠體碳環(huán)的高產率合成及其在Li-O2電池中的應用

在多孔電極中使用碳材料具有令人印象深刻的優(yōu)勢。然而，精確定制碳電極的多級孔隙結構仍是一項尚未解決的挑戰(zhàn)。

在此，中國科學院化學研究所劉冰，文銳等人報告了一種高效的位點選擇性生長策略，通過模板化斑狀液滴來合成膠體碳環(huán)。碳環(huán)可用于直接制造鋰氧電池（LOB）具有分級孔的自支撐多孔電極。原位原子力顯微鏡顯示，在放電過程中，放電產物在碳環(huán)上密集成核和生長，因此這種環(huán)是LOB中非常有潛力的電極材料。

中空碳環(huán)電極（HCRE）具有由環(huán)的隨機堆積形成的微米級通道和由壁中的納米孔連接的環(huán)形空腔組成的納米通道。這兩個通道都有助于離子傳輸和氣體擴散，但放電產物的儲存主要位于微米級通道中，導致LOB的高放電容量（20?658mAh/g）。

圖1. 合成策略

總之，該工作基于斑狀液滴的定點選擇性模板策略高效合成了直徑和長徑比可調的單分散碳膠體環(huán)，并成功地用于制備自支撐和無粘合劑的LOB電極。微米級和納米級通道的組合使碳環(huán)電極表現(xiàn)出優(yōu)異的比容量。

此外，作者發(fā)現(xiàn)即使具有微米級通道，放電產物的沉積仍然會阻礙Li⁺的傳輸，這證明了在電極中構建大通道的重要性，并提出了提高放電容量的可能方向。因此，所構建的分級多孔環(huán)形電極在電催化和電化學儲能方面具有潛在的應用。

圖2. 空心碳環(huán)電極用于Li-O₂電池

High-Yield Synthesis of Colloidal Carbon Rings and Their Applications in Self-Standing Electrodes of Li–O2 Batteries，Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c09716

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