三維有序大孔(3D OM)材料如反蛋白石(IOs)材料已被證明有助于提高電池循環穩定性和容量保持率。IO結構材料的高度多孔性使活性材料具有大的表面積，可以直接與電解質接觸，IO的薄壁減少了Li+擴散路徑。此外，IO結構的三維網絡化特性可以提供連續的傳輸路徑并確保良好的電子和離子傳導性，其互連結構已經被證明可以緩解材料脫落和分裂，使得電極制備時可以不使用粘合劑。許多常用的鋰離子電池材料具有低電子電導率，常用的解決辦法是添加導電碳基材料來提高電導率；而IO結構固有物理性質可以不用制備導電復合材料而克服低電子電導率的問題。

制備純Ge納米結構的成本較高，大孔形態反蛋白石（IO）結構的GeO2，其無需粘結劑和導電劑，直接用于鋰離子電池負極時表現出高的容量保持率、電壓穩定性和倍率性能以及循環壽命。值得注意的是，GeO2 IO可以直接在空氣中制備，而不需要惰性氣氛或任何額外的處理步驟，使其可實現工業化應用。

圖1 a), b, c) GeO2 IO的SEM圖像。GeO2 IO多孔結構c)和構成IO壁的納米顆粒d)的TEM圖像。f) GeO2 IO的電子衍射圖案。

電化學性能：GeO2 IO在150mA/g的電流密度下循環250次，首次充放電容量分別為2939和695mAh/g，首次庫侖效率約24％。第2次循環后的充電容量為988mAh/g，第5次循環后降至895mAh/g，第10次循環后略降至872mAh/g；且從第10周開始，直接生長的IO材料其容量保持率非常高；第100, 200, 250次循環后的充電容量分別為836, 757和714mAh/g。GeO2 IO的容量值高于其他納米結構的GeO2，并且與純納米結構Ge 容量相當，其良好的性能可能是由于IO固有多孔結構使材料具有大的表面積與電解質直接接觸且材料直接固定在集流體上。當在300mA/g的電流密度下循環1000次時，**次充電的電壓曲線與在150 mAh/g的電流下觀察到的曲線一致，充放電容量分別為2995和689mAh/g，庫侖效率約為23％，這與在150mA/g(24％)下的初始庫侖效率非常接近。**次充電后的比容量為830mAh/g，20次循環后降至740mAh/g；從第20個周期開始，容量保持率顯著增加，容量下降變得更加緩慢；50次循環后的充電容量為732mAh/g，100次循環后該值略微下降至722mAh/g，300次循環后充電容量逐漸下降到657mAh/g，600次循環后達到611mAh/g，900次循環后進一步下降到547mAh/g；1000次循環過程中容量的緩慢衰減表明了GeO2 IO的良好的容量保持率。

倍率性能測試：在250, 500, 750, 1000mA/g電流密度下經過20次循環后，容量分別為685, 616, 591, 576mAh/g；當電流密度恢復到250mA/g時，第81次充電后的容量恢復到636mAh/g，第82次充電后的容量進一步增加到706mAh/g。為了進一步研究GeO2 IO的高倍率性能，樣品進行不對稱的充放電循環，模仿電池的“快速充電和正常使用”。 樣品以300mA/g的電流充電，并以1000mA/g的電流放電，初始充放電容量分別為3219和479 mAh/g，約15％的初始庫侖效率，其低于以300mA/g(23%)充放電時獲得的庫侖效率；**次充電后的比容量為627mAh/g，第10次充電后的容量下降到551mAh/g；從第10周開始，容量保持率顯著提高，在第50和150次循環后容量分別為524和508mAh/g。盡管在不對稱測試期間獲得的容量值低于以300mA/g恒電流充放測試，但是容量保持率依舊**。

圖2 a) CV圖。GeO2 IO在150mA/g電流下b)第1, 2, 5, 10, 50和c)100,150,150, 250次循環的充電和放電電壓曲線。d) GeO2 IO在250個循環的容量值和庫侖效率。

圖3 GeO2 IO在300mA/g的電流下a)第1, 2, 10, 25, 50次循環和b)第100, 200, 300, 400, 500次循環以及c)第600, 700, 900, 1000次循環的充放電曲線。d) **次充電和e)**次至第1000次充電微分容量圖。f) 從第1次到第1000次放電的微分容量圖。g) GeO2 IO的1000個循環容量值和庫侖效率。

圖3 a) GeO2 IO的倍率性能。在300mA/g充電、1000mAh/g放電時b)第1, 2, 10, 25, 50次循環和c)第100, 125,150, 175, 200次循環的充放電曲線。e) 在300mA/g充電、1000mAh/g放電條件下的循環性能

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