二氧化锗具有很高的储锂性能，被认为是一种极具前景的锂离子电池负极材料。但是由于其转化反应不可逆程度较高，理论容量大幅度降低。因此，开发和设计一种可促进二氧化锗可逆转化的实验方案是一项十分有意义的工作。研究表明，过渡金属催化剂可以有效地催化氧化锂的分解，进而实现二氧化锗的可逆转化。
近日，针对二氧化锗的可逆转化反应，福州大学的魏明灯教授课题组首次采用一种简单的溶剂热法合成了由Fe掺杂的GeO2 (Fe-GeO2)微米花。研究发现，微量的铁元素在其中起到了至关重要的作用。Fe3+不仅可以作为结构导向剂使二氧化锗基体通过自组装过程形成分等级的微米花结构，而且可以原位掺杂到GeO2基体中，引入大量缺陷。结果表明，具有分等级结构的二氧化锗可以分级缓冲在嵌脱锂过程中的体积膨胀，同时，分等级结构能够增加与电解液的接触，从而有效地缩短锂离子的扩散距离。另外，DFT计算表明，铁掺杂可以明显降低二氧化锗基体的带隙，从而提高电极材料的导电性，并且掺杂可以引入更多的缺陷，为锂离子的嵌入提供更多的活性位点。值得一提的是，充电过程中，铁可以高效地催化氧化锂的分解，使转化反应实现了部分可逆，提高了材料的储锂容量和稳定性，最终展现出优异的储锂性能（图1）。
图1. 氧化锂可逆利用机理图及Fe-GeO2电化学性能图
这一成果近期发表在J. Mater. Chem. A 上，第一作者为福州大学的博士研究生武俊秀。
该论文作者为：Junxiu Wu, Ningjing Luo, Shuping Huang, Wenjuan Yang, Mingdeng Wei
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Reversible conversion reaction of GeO2 boosts lithium-ion storage via Fe doping
J. Mater. Chem. A, 2019, DOI: 10.1039/C8TA12434E
导师介绍
魏明灯
https://www.x-mol.com/university/faculty/9546
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