Fe4[Fe(CN)6]3 나노큐브의 구조 특성

고품질 Fe4[Fe(CN)6]3 나노큐브 준비: 수성 나트륨 이온 배터리용 음극 재료

WANG Wu-Lian. 고품질 Fe4[Fe(CN)6]3 나노큐브: 수성 나트륨 이온 배터리용 음극 재료로서의 합성 및 전기화학적 성능. 무기재료학회지[J], 2019, 34(12): 1301-1308 doi:10.15541/jim20190076

파트 2: Fe4[Fe(CN)6]3 나노큐브의 구조 특성화

그림 1(a)는 HQ-FeHCF 및 LQ-FeHCF의 XRD 패턴을 보여줍니다. HQ-FeHCF의 모든 회절 피크가 JCPDS NO와 일치한다는 것을 그림에서 볼 수 있습니다. 01-0239 카드. 합성된 HQ-FeHCF는 fm-3m 공간 점군 a=b=c=0.51 nm, α=β=γ=90°에 속하는 fcc(face-centered cubic) 구조를 가짐을 보여준다. 다른 피크는 없었으며, 이는 합성된 HQ-FeHCF가 고순도임을 나타냅니다. 날카로운 특성 피크는 또한 PVP를 첨가하여 천천히 합성된 HQ-FeHCF 나노물질이 우수한 결정성을 가지며 전형적인 Fe4[Fe(CN)6]3 결정 구조를 가짐을 나타냅니다. 빠른 침전에 의해 형성된 LQ-FeHCF의 회절 피크는 선명하지 않아 결정성이 좋지 않음을 나타냅니다. 그림 1(a)의 우측 상단에 있는 그림은 HQ-FeHCF의 단위 셀 구조의 개략도이며, 개방형 3차원 구조로 구성된 Fe1은 6개의 질소 원자에 연결되어 있고 Fe2는 시안화물과 배위하는 탄소 원자 팔면체로 둘러싸여 있습니다. 이 개방형 프레임워크 구조의 중앙에는 Na+의 삽입/추출을 위한 충분한 공간을 제공하는 큰 틈새 사이트가 있습니다. 합성된 물질의 결정수 함량을 알아보기 위해 HQ-FeHCF와 LQ-FeHCF에 대한 열중량 분석 실험을 수행하였다. N2 분위기에서 10 °C/min의 가열 속도로 측정한 결과는 그림 1(b)에 나와 있습니다. 30-200℃에서의 중량 손실은 결정수 제거에 해당합니다. 200-400℃에서의 중량 손실은 [Fe(CN)6]의 분해에 해당한다. Figure 1(b)에서 HQ-FeHCF 결정수의 함량이 13%임을 알 수 있으며, LQ-FeHCF 결정수는 18%이다. HQ-FeHCF는 LQ-FeHCF보다 결정화수를 적게 함유하고 있으며, 이는 HQ-FeHCF가 LQ-FeHCF보다 [Fe(CN)6] 공공 결함이 적다는 것을 나타냅니다. 재료의 [Fe(CN)6] 공공 결함의 함량을 더 정확하게 테스트하기 위해 표 1 및 표 2와 같이 HQ-FeHCF 및 LQ-FeHCF를 XRD로 정제했습니다. HQ-FeHCF에서 Fe2 /Fe1 원자 비율은 0.91이며, 이는 9%의 [Fe(CN)6] 공공 결함이 있음을 나타냅니다. LQ-FeHCF에서 Fe2/Fe1 원자비는 0.74로 [Fe(CN)6] 공극 결함 함량이 26%임을 나타낸다. HQ-FeHCF 및 LQ-FeHCF는 표 1 및 표 2와 같이 XRD에 의해 정제되었다. HQ-FeHCF에서 Fe2/Fe1 원자비는 0.91로 9%의 [Fe(CN)6] 공공 결함이 있음을 나타낸다. . LQ-FeHCF에서 Fe2/Fe1 원자비는 0.74로 [Fe(CN)6] 공극 결함 함량이 26%임을 나타낸다. HQ-FeHCF 및 LQ-FeHCF는 표 1 및 표 2와 같이 XRD에 의해 정제되었다. HQ-FeHCF에서 Fe2/Fe1 원자비는 0.91로 9%의 [Fe(CN)6] 공공 결함이 있음을 나타낸다. . LQ-FeHCF에서 Fe2/Fe1 원자비는 0.74로 [Fe(CN)6] 공극 결함 함량이 26%임을 나타낸다.

그림 1 (a) HQ-FeHCF 및 LQ-FeHCF의 XRD 패턴 및 (b) TG 곡선, (a)에 삽입된 HQ-FeHCF의 결정 구조

표 1 Rietveld 방법으로 결정된 HQ-FeHCF의 분수 좌표

표 2 Rietveld 방법으로 결정된 LQ-FeHCF의 분수 좌표

그림 2(a~b)는 HQ-FeHCF의 배율을 달리한 SEM 사진으로, HQ-FeHCF가 한 변의 길이가 약 500 nm인 정육면체 구조임을 명확히 알 수 있다. 큐브의 표면은 규칙적이고 완전하며 샘플 입자가 잘 분산되고 크기가 균일하며 심각한 축적이 없습니다. 그림 2(c~d)는 배율을 달리한 LQ-FeHCF의 SEM 사진으로, LQ-FeHCF가 불규칙한 과립 형태임을 알 수 있다. 이는 급속한 침전 과정으로 인해 LQ-FeHCF가 완전하고 규칙적인 구조 형태를 갖지 않기 때문입니다. 또한 무질서한 [Fe(CN)6] 공극 결함과 결정수가 많아 LQ-FeHCF의 전기화학적 성능이 저하될 수 있습니다.

HQ-FeHCF 및 LQ-FeHCF의 미세한 형태를 더 관찰하기 위해 재료를 TEM으로 특성화했습니다. 그림 3(a)에서 볼 수 있듯이 각 HQ-FeHCF 나노입방체 입자는 뚜렷한 결함 없이 매끄러운 가장자리와 완전한 모양을 가지고 있으며, 이는 합성된 HQ-FeHCF가 우수한 결정성과 고품질을 가짐을 보여줍니다. 그림 3(b)에서 볼 수 있듯이 LQ-FeHCF는 서로 다른 입자 크기와 불규칙한 구조적 특징을 가지고 있으며 이는 그림 2의 LQ-FeHCF의 SEM 사진과 일치하여 LQ-FeHCF가 결정성이 낮고 품질이 낮으며 많은 결함.

그림 2 (ab) HQ-FeHCF 및 (cd) LQ-FeHCF의 SEM 이미지

그림 3 (a) HQ-FeHCF와 (b) LQ-FeHCF의 TEM 이미지

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