Fe4[Fe(CN)6]3 ナノキューブの構造解析

高品質の Fe4[Fe(CN)6]3 ナノキューブの調製: 水性ナトリウムイオン電池の正極材料として

王武蓮。高品質 Fe4[Fe(CN)6]3 ナノキューブ: 水性ナトリウムイオン電池のカソード材料としての合成と電気化学的性能。Journal of Inorganic Materials[J]、2019、34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076

パート 2: Fe4[Fe(CN)6]3 ナノキューブの構造キャラクタリゼーション

図 1(a) は、HQ-FeHCF と LQ-FeHCF の XRD パターンを示しています。図から、HQ-FeHCF のすべての回折ピークが JCPDS NO. と一致していることがわかります。01-0239 カード。合成された HQ-FeHCF は、fm-3m 空間点群 a=b=c=0.51 nm、α=β=γ=90° に属する面心立方 (fcc) 構造を持っていることがわかります。合成された HQ-FeHCF が高純度であることを示す他のピークはありませんでした。その鋭い特徴的なピークは、PVP を追加することによってゆっくりと合成された HQ-FeHCF ナノ材料が優れた結晶性を持ち、典型的な Fe4[Fe(CN)6]3 結晶構造を持っていることも示しています。急速沈殿によって調製された LQ-FeHCF の回折ピークはシャープではなく、結晶性が低いことを示しています。図 1(a) の右上隅の図は、HQ-FeHCF の単位セル構造の模式図であり、Fe1 は 6 つの窒素原子に結合し、Fe2 はシアン化物と配位した炭素原子の八面体に囲まれています。この開いたフレームワーク構造の中央に大きな間隙サイトがあり、Na+ の挿入/抽出に十分なスペースを提供します。合成された材料中の結晶水の含有量を決定するために、HQ-FeHCF および LQ-FeHCF について熱重量分析試験を実施しました。N2 雰囲気下で、昇温速度 10 °C/min で測定した結果を図 1(b) に示します。30～200℃での重量減少は、結晶水の除去に相当します。200 ～ 400 ℃ での重量減少は [Fe(CN)6] の分解に対応します。図 1(b) からわかるように、HQ-FeHCF 結晶水の含有量は 13% であり、LQ-FeHCF結晶水のそれは18%です。HQ-FeHCF は LQ-FeHCF よりも結晶水が少なく、これは HQ-FeHCF が LQ-FeHCF より [Fe(CN)6] 空孔欠陥が少ないことも示しています。材料中の [Fe(CN)6] 空孔欠陥の含有量をさらに正確にテストするために、表 1 と表 2 に示すように、HQ-FeHCF と LQ-FeHCF を XRD で精製しました。 HQ-FeHCF では、Fe2 /Fe1 原子比は 0.91 であり、[Fe(CN)6] 空孔欠陥が 9% 存在することを示しています。LQ-FeHCF の Fe2/Fe1 原子比は 0.74 であり、[Fe(CN)6] 空孔欠陥含有率が 26% であることを示しています。表 1 および表 2 に示すように、HQ-FeHCF および LQ-FeHCF を XRD で精製しました。HQ-FeHCF では、Fe2/Fe1 原子比は 0.91 であり、9% [Fe(CN)6] 空孔欠陥があることを示しています。 . LQ-FeHCF の Fe2/Fe1 原子比は 0.74 であり、[Fe(CN)6] 空孔欠陥含有率が 26% であることを示しています。表 1 および表 2 に示すように、HQ-FeHCF および LQ-FeHCF を XRD で精製しました。HQ-FeHCF では、Fe2/Fe1 原子比は 0.91 であり、9% [Fe(CN)6] 空孔欠陥があることを示しています。 . LQ-FeHCF の Fe2/Fe1 原子比は 0.74 であり、[Fe(CN)6] 空孔欠陥含有率が 26% であることを示しています。

図 1 (a) HQ-FeHCF と LQ-FeHCF の XRD パターンと (b) TG 曲線、(a) に HQ-FeHCF の結晶構造を示す挿入図

表 1 リートベルト法で求めた HQ-FeHCF の分数座標

表 2 リートベルト法から決定された LQ-FeHCF の分数座標

図2(a~b)はHQ-FeHCFの倍率を変えたSEM写真で、HQ-FeHCFが一辺約500nmの立方体構造であることがはっきりとわかります。立方体の表面は規則的で完全であり、サンプル粒子は十分に分散され、サイズが均一で、深刻な蓄積はありません。図 2(c~d) は、異なる倍率での LQ-FeHCF の SEM 写真であり、LQ-FeHCF が不規則な粒状であることがわかります。これは、急速な沈殿プロセスにより、LQ-FeHCF が完全で規則的な構造形態を持たないためです。さらに、多数の無秩序な [Fe(CN)6] 空孔欠陥と結晶水があり、これも LQ-FeHCF の電気化学的性能の低下につながります。

HQ-FeHCF および LQ-FeHCF の微視的形態をさらに観察するために、材料を TEM で特徴付けました。図 3(a) に示すように、各 HQ-FeHCF ナノ立方体粒子は滑らかなエッジと明らかな欠陥のない完全な形状を持ち、合成された HQ-FeHCF が良好な結晶性と高品質を持っていることも示しています。図 3(b) に示すように、LQ-FeHCF にはさまざまな粒子サイズと不規則な構造的特徴があり、図 2 の LQ-FeHCF の SEM 写真と一致しており、LQ-FeHCF の結晶性が低く、品質が低く、多くの欠陥。

図 2 (ab) HQ-FeHCF と (cd) LQ-FeHCF の SEM 像

図3 (a) HQ-FeHCFと(b) LQ-FeHCFのTEM像

TOBニューエナジーのナトリウムイオン電池材料の詳細をご覧ください。