ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА НА КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ И МОРФОЛОГИЮ УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИТНЫХ НАНОВОЛОКОН НА ОСНОВЕ ФОСФИД/ФОСФАТА ОЛОВА

В данном исследовании были изучены структурные и морфологические изменения углеродных композитных нановолокон на основе фосфид/фосфата олова в зависимости от условий синтеза. Композиты получены методом электроспиннинга и двухстадийной термической обработки, состоящей из пре-окисления и карбонизации, из смеси поливинилпирролидона (ПВП), дигидрата хлорида олова (SnCl₂⋅2H₂O) и фосфорной кислоты в растворе этанол:H₂O. Физикохимические свойства полученных нановолокон были изучены с помощью рентгеновской диффракции, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и элементного анализа CHNS. Массовое соотношение SnCl₂⋅2H₂O:ПВП, температура предварительного окисления и время отжига определяли фазовый состав и морфологию нановолокон. В образцах, прокаленных при 900°C в течение 10 мин, наблюдалась высокая кристалличность, образование фазы SnP и испарение фосфора, что способствовало формированию градиентной структуры. По результатам СЭМ было выявлено, что диаметр волокон зависит от массовой доли SnCl₂⋅2H₂O. Повышение температуры предварительного окисления приводило к окислению углерода и образованию аморфной структуры. Таким образом, регулирование условий отжига позволяет контролировать структурные свойства углеродных композитных нановолокон. Эти материалы могут быть перспективными анодными материалами для энергонакопительных систем с высокой производительностью.

1. One-dimensional mesoporous inorganic nanostructures and their applications in energy, sensor, catalysis and adsorption / H. Hou et al // Prog. Mater. Sci. – 2020. – Vol. 113. – P. 100671. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100671.

2. 1D carbon-based nanocomposites for electrochemical energy storage / С. Shi et al // Small. – 2019. – Vol. 15. – P. 1902348. https://doi.org/10.1002/SMLL.201902348.

3. Prospects in anode materials for sodium ion batteries – A review / Т. Perveen et al // Renew. Sustain. Energy Rev. – 2020. – Vol. 119. – P. 109549. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2019.109549.

4. Tin-based anode materials with well-designed architectures for next-generation lithium-ion batteries / L. Liu et al // J. Power Sources. – 2016. – Vol. 321. – P. 11-35. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.04.105.

5. Porous nitrogen-doped Sn/C film as free-standing anodes for lithium ion batteries / М. Yang et al // Appl. Surf. Sci. – 2021. – Vol. 551. – P. 149246. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149246.

6. Nano-Sn embedded in expanded graphite as anode for lithium ion batteries with improved low temperature electrochemical performance / Y. Yan et al // Electrochim. Acta. – 2016. – Vol. 187. – P. 186-192. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.11.015.

7. Electrospun nanofiber-based anodes, cathodes, and separators for advanced lithium-ion batteries / X. Zhang et al // Polym. Rev. – 2011. – Vol. 51, № 3. – P. 239-264. https://doi.org/10.1080/15583724.2011.593390.

8. Channelized carbon nanofiber with uniform-dispersed GeO₂ as anode for long-lifespan lithiumion batteries / Х. He et al // J. Alloys Compd. – 2017. – Vol. 729. – P. 313-322. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2017.09.038.

9. Flexible and high-loading lithium–sulfur batteries enabled by integrated three-in-one fibrous membranes / J. Wang et al // Adv. Energy Mater. – 2019. – Vol. 9. – P. 201902001. https://doi.org/10.1002/AENM.201902001

10. Progress and potential of electrospinning-derived substrate-free and binder-free lithium-ion battery electrodes / В. Joshi et al // Chem. Eng. J. – 2022. – Vol. 430. – P. 132876. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132876.

11. Sn₄P₃@Porous carbon nanofiber as a self-supported anode for sodium-ion batteries / L. Ran et al // J. Power Sources. – 2020. – Vol. 461. – P. 228116.

12. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228116.

13. Sn₄P₃–C nanospheres as high capacitive and ultra-stable anodes for sodium ion and lithium ion batteries / J. Choi et al // J. Mater. Chem. A. – 2018. – Vol. 6. – P. 17437-17443. https://doi.org/10.1039/C8TA05586F.

14. Electrospun nanofibers of tin phosphide (SnP₀.₉₄) nanoparticles encapsulated in a carbon matrix: A tunable conversion-cum-alloying lithium storage anode / P. Yadav et al // Energy and Fuels. – 2020. – Vol. 34. – P. 7648-7657. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c01046.

15. Synthesis of free-standing tin phosphide/phosphate carbon composite nanofibers as anodes for lithium-ion batteries with improved low-temperature performance / A. Belgibayeva et al // Small. – 2023. – Vol. 2304062. – P. 1-10. https://doi.org/10.1002/smll.202304062.

16. Controlled synthesis of highly active nonstoichiometric tin phosphide/carbon composites for electrocatalysis and electrochemical energy storage applications / М. Chen et al // ACS Sustain. Chem. Eng. – 2022. – Vol. 10. – P. 1482-1498. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06699.