Abstract: Поиск и разработка инновационных синтетических стратегий получения углеродных анодных материалов с улучшенной способностью накапливать литий является ключом к созданию нового поколения энергоемких и долговечных устройств для хранения энергии. В отличие от графитовых анодов, материалы на основе наноразмерного углерода и трехмерного графена обеспечивают более высокую емкость по литию, которая слабо снижается при повышенных скоростях заряда и низких температурах эксплуатации. Модификация серой является одним из эффективных подходов к улучшению электрохимических характеристик анодных углеродных материалов, так как литий активно связывается с серой. В данной работе был реализован новый подход по химической модификации серой пористых углеродных материалов, проведена их диагностика и электрохимические испытания в качестве анодов литий -ионных аккумуляторов. Разработанный нами пористый углеродный материал, полученный методом химического осаждения из газовой фазы из этанола с использованием темплата CaO, обладает высокой удельной поверхностью (1100 м2/г) и большим количеством мезопор. Функционализацию базальной плоскости углеродных оболочек атомами фтора осуществляли методом мягкого фторирования при комнатной температуре, используя смесь BrF₃ и Br₂. В результате около 32% атомов углерода образовали ковалентную связь с фтором. На следующем этапе полученный фторированный углеродный материал, а так же исходный, подвергали нагреванию в атмосфере сероводорода при 400 °C, что приводило к присоединению около 1 ат% серы к углеродному каркасу. Образцы были охарактеризованы с помощью сканирующей электронной микроскопии, низкотемпературной адсорбции азота, рамановской спектроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и спектроскопии ближней тонкой структуры рентгеновского поглощения (NEXAFS). Исследование природы взаимодействия лития с исходным, фторированным и серосодержащим углеродными материалами проводили методами РФЭС и NEXAFS. Для этого образцы подвергали термическому напылению паров лития в условиях вакуума. Осажденный литий продиффундировал в объем исходного и серосодержащего материала, его концентрация на поверхности не превышала 2 ат%, в то время как для фторированного материала концентрация поверхностного литий была в 9 раз больше. Для модифицированных образцов после осаждения лития было обнаружено формирование Li‒F и Li‒S связей, и сильное Li‒С взаимодействие по сравнению с исходным материалом. Фтор и серосодержащие функциональные группы не только увеличивают энергию связи первичного присоединенных атомов лития, но и обеспечивают большее количество акцепторных состояний, увеличивая перенос электронной плотности от атомов лития и ионный характер Li‒С связи. Работа была выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 25-23-00921).

Cite: Федосеева Ю.В. , Лисица Е.В. , Булушева Л.Г. , Окотруб А.В.
Синтез и исследование фторированного и модифицированного серой пористого углеродного материала для электрохимических приложений
Х Международная конференция "Электромагнитные свойства наноматериалов" 08-12 июн. 2026