硬碳通常指的是不可石墨化的碳，即使在高温下也不会转化为晶体结构。尽管硬碳被认为是最有前途的钠离子电池（SIBs）负极材料，但其较低的初始库仑效率（ICE）仍然阻碍了其实际应用。

近日，中山大学Yong Liu报道了首次开发了一种以棉为前驱体，石墨为晶体模板，在紧密接触条件下煅烧生长具有大面积类石墨晶体（HC-GLC）的高有序硬碳的外延生长方法。

文章要点

1）研究人员对HC-GLC进行了广泛的材料表征，确定了其具有空间群为P63/mmc（194）的六方晶系类石墨晶体结构。有趣的是，其晶胞参数(a=b=3.528 Å，c=9.6 Å，α=β=90°，γ=120°)和与石墨相相比增大了1.428倍的(002)晶面间距（4.8 Å），打破了硬碳作为无定形碳的传统概念。

2）HC-GLC 中较大的层间距、完全平行的堆积碳层有利于Na⁺离子的可逆脱/嵌。

3）研究人员研究了HC-GLC的储钠性能，结果显示，其具有极高的Na⁺离子交换容量（95%）和高可逆容量（343 mAh g⁻¹），达到了商业石墨在LIBs中的水平。

4）研究人员使用原位拉曼光谱深入研究了HC-GLC的储钠机理，并且其在放电和充电过程中G带的峰强度几乎保持不变，这与先前报道的结构无序的硬碳明显不同，从而揭示了HC-GLC电极中高度可逆的钠脱/嵌。

这种类石墨晶体打破了传统的硬碳概念，而石墨模板诱导外延生长机制有望为获得新型结晶碳同素异形体提供新的途径。

参考文献

Xianwei Li, et al, Intergrowth of Graphite-Like Crystals in Hard Carbon for Highly Reversible Na-Ion Storage, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202106980

https://doi.org/10.1002/adfm.202106980