Herstellung hochwertiger Fe4[Fe(CN)6]3-Nanowürfel: Als Kathodenmaterial für wässrige Natriumionenbatterien

WANG Wu-Lian. Hochwertige Fe4[Fe(CN)6]3-Nanowürfel: Synthese und elektrochemische Leistung als Kathodenmaterial für wässrige Natriumionenbatterien. Journal of Inorganic Materials[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076

Teil 2: Strukturcharakterisierung von Fe4[Fe(CN)6]3-Nanowürfeln

Abbildung 1(a) zeigt die XRD-Muster von HQ-FeHCF und LQ-FeHCF. Aus der Figur ist ersichtlich, dass alle Beugungspeaks von HQ-FeHCF mit JCPDS NO übereinstimmen. 01-0239 Karte. Es zeigt, dass das synthetisierte HQ-FeHCF eine flächenzentrierte kubische (fcc) Struktur hat, die zur fm-3m-Raumpunktgruppe gehört, a=b=c=0,51 nm, α=β=γ=90°. Es gab keine anderen Peaks, was darauf hinweist, dass das synthetisierte HQ-FeHCF von hoher Reinheit war. Seine scharfen charakteristischen Peaks weisen auch darauf hin, dass die durch Zugabe von PVP langsam synthetisierten HQ-FeHCF-Nanomaterialien eine hervorragende Kristallinität und eine typische Fe4[Fe(CN)6]3-Kristallstruktur aufweisen. Die durch schnelle Fällung hergestellten Beugungspeaks von LQ-FeHCF sind nicht scharf, was darauf hinweist, dass seine Kristallinität schlecht ist. Die Abbildung in der oberen rechten Ecke von Abbildung 1(a) ist ein schematisches Diagramm der Elementarzellenstruktur von HQ-FeHCF, das aus einem offenen dreidimensionalen Gerüst besteht, Fe1 ist mit sechs Stickstoffatomen verbunden und Fe2 ist von mit Cyanid koordinierten Kohlenstoffatomoktaedern umgeben. In der Mitte dieser offenen Gerüststruktur befindet sich eine große interstitielle Stelle, die einen ausreichend großen Raum für die Insertion/Extraktion von Na+ bereitstellt. Um den Gehalt an Kristallwasser in den synthetisierten Materialien zu bestimmen, wurden thermogravimetrische Analysetests an HQ-FeHCF und LQ-FeHCF durchgeführt. Unter N2-Atmosphäre sind die bei einer Heizrate von 10 °C/min gemessenen Ergebnisse in Fig. 1(b) gezeigt. Der Gewichtsverlust bei 30-200 ℃ entspricht der Entfernung von Kristallwasser; der Gewichtsverlust bei 200-400 ℃ entspricht der Zersetzung von [Fe(CN)6]. Aus Abbildung 1(b) ist ersichtlich, dass der Gehalt an HQ-FeHCF-Kristallwasser 13 % beträgt, und die von LQ-FeHCF-Kristallwasser beträgt 18 %. HQ-FeHCF enthält weniger Kristallwasser als LQ-FeHCF, was auch anzeigt, dass HQ-FeHCF weniger [Fe(CN)6]-Leerstellendefekte aufweist als LQ-FeHCF. Um den Gehalt an [Fe(CN)6]-Fehlstellendefekten im Material weiter genau zu testen, wurden HQ-FeHCF und LQ-FeHCF durch XRD verfeinert, wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. In HQ-FeHCF ist das Fe2 /Fe1-Atomverhältnis beträgt 0,91, was darauf hinweist, dass 9 % [Fe(CN)6]-Leerstellendefekte vorhanden sind. In LQ-FeHCF beträgt das Fe2/Fe1-Atomverhältnis 0,74, was anzeigt, dass der [Fe(CN)6]-Leerstellendefektgehalt 26 % beträgt. HQ-FeHCF und LQ-FeHCF wurden durch XRD verfeinert, wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. In HQ-FeHCF beträgt das Fe2/Fe1-Atomverhältnis 0,91, was anzeigt, dass 9 % [Fe(CN)6]-Leerstellendefekte vorhanden sind . In LQ-FeHCF beträgt das Fe2/Fe1-Atomverhältnis 0,74, was anzeigt, dass der [Fe(CN)6]-Leerstellendefektgehalt 26 % beträgt. HQ-FeHCF und LQ-FeHCF wurden durch XRD verfeinert, wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. In HQ-FeHCF beträgt das Fe2/Fe1-Atomverhältnis 0,91, was anzeigt, dass 9 % [Fe(CN)6]-Leerstellendefekte vorhanden sind . In LQ-FeHCF beträgt das Fe2/Fe1-Atomverhältnis 0,74, was anzeigt, dass der [Fe(CN)6]-Leerstellendefektgehalt 26 % beträgt.

Fig. 1 (a) XRD-Muster und (b) TG-Kurven von HQ-FeHCF und LQ-FeHCF, wobei der Einschub in (a) die Kristallstruktur von HQ-FeHCF zeigt

Tabelle 1 Bruchkoordinaten von HQ-FeHCF, bestimmt nach dem Rietveld-Verfahren

Tabelle 2 Bruchkoordinaten von LQ-FeHCF, bestimmt nach dem Rietveld-Verfahren

Abbildung 2(a~b) sind SEM-Fotos von HQ-FeHCF bei unterschiedlichen Vergrößerungen, und es ist deutlich zu erkennen, dass HQ-FeHCF eine Würfelstruktur mit einer Seitenlänge von etwa 500 nm ist. Die Oberfläche des Würfels ist regelmäßig und vollständig, und die Probenpartikel sind gut dispergiert, von einheitlicher Größe und ohne ernsthafte Ansammlung. Abbildung 2 (c~d) sind SEM-Fotos von LQ-FeHCF bei unterschiedlichen Vergrößerungen, es ist ersichtlich, dass LQ-FeHCF in unregelmäßiger körniger Form vorliegt. Dies liegt daran, dass der schnelle Ausfällungsprozess dazu führt, dass LQ-FeHCF keine vollständige und regelmäßige Strukturmorphologie aufweist. Darüber hinaus gibt es eine große Anzahl von ungeordneten [Fe(CN)6]-Leerstellendefekten und Kristallwasser, was ebenfalls zu einer schlechten elektrochemischen Leistung von LQ-FeHCF führt.

Um die mikroskopische Morphologie von HQ-FeHCF und LQ-FeHCF weiter zu beobachten, wurden die Materialien durch TEM charakterisiert. Wie in Abbildung 3(a) gezeigt, hat jedes nanokubische HQ-FeHCF-Partikel eine glatte Kante und eine vollständige Form ohne offensichtliche Defekte, was auch zeigt, dass das synthetisierte HQ-FeHCF eine gute Kristallinität und hohe Qualität aufweist. Wie in Abbildung 3(b) gezeigt, weist LQ-FeHCF unterschiedliche Partikelgrößen und unregelmäßige Strukturmerkmale auf, was mit dem SEM-Foto von LQ-FeHCF in Abbildung 2 übereinstimmt, was darauf hinweist, dass LQ-FeHCF eine schlechte Kristallinität, geringe Qualität und viele mehr aufweist Defekte.

Abb. 2 SEM-Bilder von (ab) HQ-FeHCF und (cd) LQ-FeHCF

Abb. 3 TEM-Bilder von (a) HQ-FeHCF und (b) LQ-FeHCF

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