近些年來(lái)，黑磷材料因其在電子器件、能源存儲(chǔ)及催化轉(zhuǎn)化方面的異性能，而被廣泛應(yīng)用和研究。作為鋰離子電池負(fù)材料，黑磷擁有高達(dá)2592 mahg⁻¹的理論容量。然而在實(shí)際應(yīng)用中，黑磷材料在電化學(xué)反應(yīng)后體積變化程度達(dá)到300%，會(huì)帶來(lái)電池安全等諸多問(wèn)題。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)用高能球磨法，將納米化的黑磷材料與碳材料結(jié)合，可以有效的減小充放電過(guò)程中負(fù)材料的膨脹問(wèn)題。為了更好設(shè)計(jì)黑磷負(fù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于充分了解充放電過(guò)程中黑磷與li⁺的相互作用機(jī)制非常重要。之前的研究表明：放電過(guò)程中，黑磷會(huì)與li形成lip，li₂p，終形成li₃p。而充電過(guò)程中會(huì)由li₃p慢慢變成黑磷^[1]。然而理論計(jì)算表明，在充放電過(guò)程中還會(huì)形成其他li化合物，比如lip₇，li₃p₇和li₄p₃等，以上的實(shí)驗(yàn)和理論研究存在著明顯的差異性^[2]。為了更加深入的解析充放電過(guò)程，有必要用更加深入和高的表征手段來(lái)研究黑磷局域結(jié)構(gòu)的變化和演變?；诖?，加拿大西安大略大學(xué)的xueliang sun教授及其合作者結(jié)合了原位/非原位xrd，非原位xas和xes等技術(shù)，揭示了其中的結(jié)構(gòu)演變：li₃p₇，lip，li₃p^[3]。值得提的是，研究人員結(jié)合美國(guó)easyxafs公司的臺(tái)式x射線發(fā)射譜儀（xes）的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并和該公司技術(shù)人員合作實(shí)現(xiàn)了惰性氣體保護(hù)下的xes表征，相關(guān)成果發(fā)表在期刊advanced materials, 2021, 33(35): 2101259.

圖1. bp/g/cnts樣品的放電(a)和充電(b) p kα ex-situ xes譜圖

　　，該課題組通過(guò)球磨法制備得到了黑磷、石墨烯和單筆碳納米管的復(fù)合材料（bp/g/cnts）。為了驗(yàn)證在充放電過(guò)程中，黑磷的結(jié)構(gòu)變化，研究人員結(jié)合了原位/非原位xrd、非原位xas和xes等技術(shù)手段。其中ex-situ xes如圖1所示，其中入射x射線的能量為2148.7 ev，高于還原態(tài)p的激發(fā)閾值，而低于高氧化態(tài)p的激發(fā)閾值，如p(iii)，p(iv)和pf^6-，這樣可以減少高氧化態(tài)p和電解液的相關(guān)熒光貢獻(xiàn)。在這個(gè)能量區(qū)域內(nèi)，xes譜的分辨率為1ev。p的kα發(fā)射譜有兩個(gè)峰，kα1和kα2，它們的強(qiáng)度比為2:1，分別來(lái)源于2p_3/2的2p_1/2到1s的退激發(fā)。圖中可以看出，在放電過(guò)程中，xes的兩個(gè)峰向低能方向移動(dòng)；而充電過(guò)程中，兩個(gè)峰向高能方向移動(dòng)。以上x(chóng)es的變化與xas的變化趨勢(shì)樣，表明了p的電子得失結(jié)果。初始的p和c-2.5v后的p的kα1和kα2 在2010.56/2009.80 ev 和 2010.49/2009.75 ev 處很相似，分別顯示出bp納米顆粒在初始循環(huán)期間鋰化/脫鋰過(guò)程的高度可逆性。xes 結(jié)果與來(lái)自非原位 xrd 和 xas高度致，表明在 li⁺嵌入后 li₃p 的形成及電荷的重新分布。該研究中的xes譜的采集主要使用的是美國(guó)easyxafs公司的相關(guān)產(chǎn)品。

圖2. easyxafs公司的臺(tái)式xafs/xes譜儀

實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式xafs譜儀勢(shì)：

　　1. 臺(tái)式設(shè)計(jì)，可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)隨時(shí)滿(mǎn)足日常樣品分析；

　　2. labview軟件腳本控制，附帶7位自動(dòng)樣品輪, 可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品或樣品參數(shù)條件下的測(cè)試；

　　3. 可集成輔助設(shè)備，搭配原位池，可實(shí)現(xiàn)高壓、氣體氛圍、電化學(xué)等條件下的測(cè)試（已輔助客戶(hù)成功驗(yàn)證），實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)原位表征測(cè)試。

　　4. 臺(tái)式xafs/xes譜儀具有xafs和xes兩種工作模式，可快速切換，滿(mǎn)足不同科研試驗(yàn)需求;

　　5. 臺(tái)式xafs/xes譜儀測(cè)得的譜圖效果可以媲美同步輻射數(shù)據(jù)，如圖3所示，其測(cè)得的ni元素的exafs，ce和u元素的l3-edge的xanes譜圖數(shù)據(jù)與同步輻射光源譜圖效果*致；

　　圖3. （a, b）臺(tái)式xafs/xes譜儀與同步輻射光源測(cè)得的ni exafs及傅里葉變換后r空間對(duì)比譜圖, （c、d）ce和u l3-edge xanes譜圖數(shù)據(jù)對(duì)比圖

　　6. 多種型號(hào)和配置可選，滿(mǎn)足不同科研要求；

　　7. 操作便捷，維護(hù)成本低，安全可靠.

參考文獻(xiàn)：

　　[1] marino c, debenedetti a, fraisse b, et al. activated-phosphorus as new electrode material for li-ion batteries[j]. electrochemistry communications, 2011, 13(4): 346-349.

　　[2] sun l q, li m j, sun k, et al. electrochemical activity of black phosphorus as an anode material for lithium-ion batteries[j]. the journal of physical chemistry c, 2012, 116(28): 14772-14779.

　　[3] li m, li w, hu y, et al. new insights into the high‐performance black phosphorus anode for lithium‐ion batteries[j]. advanced materials, 2021, 33(35): 2101259.

相關(guān)產(chǎn)品：

1. 臺(tái)式X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜儀（XAFS/XES）

https://www.chem17.com/product/detail/32078159.html