锗酸锌纳米颗粒与超薄碳三氮四纳米片层的智能杂化：协同储锂作用与优异的电化学性能

华北电力大学的李美成教授首次利用低温溶液法将锗酸锌（Zn2GeO4）纳米颗粒原位嵌入超薄碳三氮四（g-C3N4）纳米片层中，成功制备了具有高比容量的锂离子电池负极材料。并且详细论证了此杂化负极材料中锗酸锌纳米颗粒与超薄g-C3N4之间的协同储锂作用。
这一想法来源于掺氮石墨烯。大量研究表明对石墨烯进行掺氮处理会引入大量氮空位，有利于锂离子存储量的大大提升。然而，掺氮石墨烯的制备涉及高温过程，强酸强氧化剂，耗费大量的能源与成本，不利于工业化。石墨状的碳三氮四（g-C3N4）本身就含有大量氮空位，且容易大批量制备，是一种十分有潜力的储锂材料。但碳三氮四层状材料容易团聚堆叠，无充分暴露的氮空位，锂离子嵌入时容易破坏此材料的晶型与结构，此时的不可逆容量损失较大。当合理构建锗酸锌纳米颗粒与超薄碳三氮四纳米片层的杂化结构后，原位生长的锗酸锌纳米颗粒能够隔离超薄碳三氮四纳米片层，起到防止再堆叠、拓宽层间距、充分暴露氮空位的作用，为锂离子的存储与传输提供额外的路径；同时，碳三氮四薄层缓解颗粒膨胀应力，抑制不稳定SEI膜的形成，最终得到高度可逆的锂离子存储效果。