鋰離子電池已經廣泛應用于便攜式電子產品以及電動汽車中，但是鋰離子電池由于價格較高，在電網級大規模儲能的應用上受到限制。由于鈉資源豐富，鈉和鋰的物理化學性質相似，鈉離子電池成為了非常有潛力的鋰離子電池替代品，但是簡單的采取現有的鋰離子電池技術設計高性能鈉離子電池是行不通的，這和鈉離子半徑比鋰離子半徑更大有關，設計出高性能鈉離子電池負極材料是鈉離子電池領域面臨的嚴峻挑戰之一。紅磷作為極具潛力的鈉離子電池負極材料具有大約2600mAhg-1的高理論容量，但是紅磷極差的導電性以及在充放電過程中巨大的體積變化嚴重抑制了其在鈉離子電池中的應用。

山東大學邊秀房教授團隊利用沸騰法在石墨烯上制備出了納米多孔紅磷作為高性能鈉離子電池負極材料，首先利用乙二醇和三碘化磷反應在石墨烯上生成紅磷，生成紅磷的過程中需要加入形核抑制劑抑制紅磷形核長大，避免生成大塊紅磷，因為溶液中沸騰法制備多孔不適合大塊顆粒，然后加熱至溶液沸騰，產生氣泡，氣泡不斷長大脫離，在此過程中液體中的紅磷以氣泡為模板在石墨烯上生成了納米多孔紅磷。

紅磷的納米多孔結構既可以緩沖充放電過程中的體積變化，又可以增大電極與電解液的接觸面積，縮短鈉離子運動距離。因此納米多孔紅磷@石墨烯復合材料作為鈉離子電池負極，具有優異的循環和倍率性能，這是因為石墨烯可以大大提高電極導電性，當電流密度為3465.28mAgcomposite-1循環1500周后，其容量依然可以保持524.1mAhgcomposite-1。沸騰法為制備納米多孔材料提供了新的指導方案。

納米多孔紅磷石墨烯復合材料作為高性能鈉離子電池負極材料

該成果近期發表在ASCNano上，文章第一作者為山東大學劉帥博士，邊秀房教授與馮金奎副教授為共同通訊作者。

近年來，邊秀房教授課題組主要從金屬的熔體結構基礎性研究出發，根據熔體團簇結構設計新型納米材料，在高性能電池電極材料、磁性液體等新材料開發與研制方面走出了新路；馮金奎副教授課題組主要從事先進能源材料的制備與性能研究工作，在電池性能提高方面具有雄厚的基礎。這兩個課題組的密切合作，充分發揮了材料制備和能源學科相互交叉的優點，這種探索有利于研究生知識結構的優化和創造性發揮，劉帥在博士期間以第一作者發表的9篇SCI論文影響因子總和達到110。邊秀房教授與馮金奎副教授課題組在熔體結構以及高性能電池電極材料等方面已取得系列成果，并發表在EnergyEnviron.Sci.、ASCNano、NanoEnergy等學術期刊上，引起了國際同行的廣泛關注，提升了山東大學在熔體結構、去合金化等領域的國際學術影響。上述研究得到國家自然科學基金以及材料液固結構演變與加工教育部重點實驗室的大力支持。

科研思路分析

Q：這項研究的想法怎么產生的？

A：鈉離子電池電極材料在充放電過程中發生較大的體積膨脹問題是目前面臨的嚴峻的挑戰，納米多孔材料可以緩沖電極材料的體積變化，縮短離子運動距離，增加電極與電解液的接觸面積，我們之前從熔體結構出發利用去合金化技術制備了納米多孔銻、納米多孔鍺、鉍納米棒一系列高性能電極材料，需要鑄造、甩帶、去合金化等過程，我們就考慮能否直接做出納米多孔材料，我們受到了鋁合金發泡工藝以及燒開水時候沸騰冒泡的啟發，就設計了沸騰法制備納米多孔材料的方案，經過不斷調整實驗參數，最終制備出了納米多孔紅磷@RGO材料作為高性能鈉離子電池負極材料。

Q：本項研究成果可能的應用領域有哪些？

A：本文中的沸騰法制備納米多孔紅磷材料理論上來講是有希望擴展到其它納米多孔材料（納米多孔硅等）的，制備方法較為簡單，可以提高電極材料的性能，在能源催化等領域是非常有應用前景的。