Angew | 低温熔盐法电还原硅酸钙,制备硅纳米线

Low Temperature Molten Salt Production of Silicon Nanowires by Electrochemical Reduction of CaSiO₃, Angewandte Chemie International Edition,DOI: 10.1002/anie.201707064 。第一作者:Yifan Dong;通讯作者:Song Jin,美国 University of Wisconsin-Madison;麦立强,武汉理工大学。

硅是一种非常重要的材料,它不仅是电子学中的基础材料,还在新能源技术等领域有多种重要用途。当前通用的制备方法是碳热还原 SiO2 制备 Si,然而其能耗高、能量效率低、造成大量碳排放,人们期待发展新的硅制备工艺来解决这一问题。一种方案是用熔盐电化学法,在 850 ℃的氯化钙熔盐中电解 SiO2 制备 Si,虽然其温度比碳热还原法(1700℃)低,但仍不能适应实际生产要求;此外 SiO2 不溶于熔盐,导致反应不完全,从而 Si 产率较低。

在这篇文章中,作者发展了一种新型熔盐电还原法:所用硅源为 CaSiO3,这是一种廉价易得且可溶于熔盐的材料;电解质为三元 CaCl2-MgCl2-NaCl 熔盐,将工作温度降为 650℃ 时仍能有效溶解 CaSiO3;体系中 CaO 作为支持电解质,促进了 O2- 阴离子输运,有效改善了反应动力学、实现了低温电解。电解后得到了 Si 纳米线,作者将其作为高容量锂离子电池负极材料,展现出优异的循环性能。这种低温溶解的策略可以扩展用于其他熔盐系统;此外,这种制硅方法还有助于废玻璃和煤灰的回收利用。

图1 电解池构造示意图和实物图

图2 研究思路示意图;所得硅纳米线实物图和 SEM;不同熔盐中的电化学反应

图3 硅纳米线表征

图4 硅纳米线作为锂离子电池负极

Low Temperature Molten Salt Production of Silicon Nanowires by Electrochemical Reduction of CaSiO₃, Angewandte Chemie International Edition,DOI: 10.1002/anie.201707064 。第一作者:Yifan Dong;通讯作者:Song Jin,美国 University of Wisconsin-Madison;麦立强,武汉理工大学。

硅是一种非常重要的材料,它不仅是电子学中的基础材料,还在新能源技术等领域有多种重要用途。当前通用的制备方法是碳热还原 SiO2 制备 Si,然而其能耗高、能量效率低、造成大量碳排放,人们期待发展新的硅制备工艺来解决这一问题。一种方案是用熔盐电化学法,在 850 ℃的氯化钙熔盐中电解 SiO2 制备 Si,虽然其温度比碳热还原法(1700℃)低,但仍不能适应实际生产要求;此外 SiO2 不溶于熔盐,导致反应不完全,从而 Si 产率较低。

在这篇文章中,作者发展了一种新型熔盐电还原法:所用硅源为 CaSiO3,这是一种廉价易得且可溶于熔盐的材料;电解质为三元 CaCl2-MgCl2-NaCl 熔盐,将工作温度降为 650℃ 时仍能有效溶解 CaSiO3;体系中 CaO 作为支持电解质,促进了 O2- 阴离子输运,有效改善了反应动力学、实现了低温电解。电解后得到了 Si 纳米线,作者将其作为高容量锂离子电池负极材料,展现出优异的循环性能。这种低温溶解的策略可以扩展用于其他熔盐系统;此外,这种制硅方法还有助于废玻璃和煤灰的回收利用。

图1 电解池构造示意图和实物图

图2 研究思路示意图;所得硅纳米线实物图和 SEM;不同熔盐中的电化学反应

图3 硅纳米线表征

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