Black Phosphorus Self‐Catalyzed In Situ Interfacial Cross‐Linking Reactions Enabling Low‐Temperature Carbon Coating for High‐Stable and High‐Capacity Lithium Storage

材料科学 锂(药物) 涂层 黑磷 催化作用 碳纤维 炭黑 化学工程 原位 纳米技术 无机化学 复合材料 有机化学 冶金 光电子学 复合数 内分泌学 天然橡胶 化学 工程类 医学
作者
Chen Zhou,Ruijin Meng,Jiayi Chen,Jian Ma,Xiaoning Li,Wei Xu,Zhen Li,Zeyi Tian,Kexuan Liao,Shuo Meng,Chi Zhang,Jinhu Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (3) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202513247
摘要

Abstract Black phosphorus (BP), a promising high‐capacity anode material for lithium‐ion batteries, faces critical challenges of poor electrical conductivity and severe electrode pulverization. Traditional carbon coating strategies are often conducted under high‐temperature (over 700 °C) or oxidative conditions that are not suitable for BP due to its low sublimation temperature (400 °C) and high oxidation susceptibility in air/moisture. In this work, by utilizing self‐catalysis effect of BP, we propose a low‐temperature carbon coating strategy for BP anodes toward high‐stable and high‐capacity lithium storage. The strategy is realized by a two‐step approach including interfacial electrostatic assembly of carbon quantum dots (CQDs) on BP nanosheets, followed by BP self‐catalyzed in situ interfacial cross‐linking of CQDs, forming a continuous carbon layer on BP (BP@CL). DFT calculations reveal that BP self‐catalysis significantly reduces the energy barriers of CQDs cross‐linking reactions, while finite element simulations demonstrate that the carbon layer effectively mitigates lithiation stress of BP@CL (above 51% reduction). The optimized BP@CL composite anode exhibits exceptional cycling stability with 87.3% capacity retention after 500 cycles at 0.2 A g −1 , significantly outperforming that of pristine BP. The developed mild carbon coating method with BP self‐catalysis provides a new opportunity for designing advanced BP‐based electrodes in energy storage applications.
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