中國科學技術大學錢逸泰課題組發展了一種在200℃熔鹽體系中，采用金屬Al或Mg還原二氧化硅或硅酸鹽制備納米硅材料的方法。將該材料應用于鋰離子電池負極材料，展示出優異的電化學性能。該研究成果以“A low temperature molten salt process for aluminothermic reduction of silicon oxides to crystalline Si for Li-ion batteries”為題，發表在《能源環境科學》上（Energy Environ. Sci., 2015,8, 3187-3191）。 

該工作是錢逸泰課題組熔鹽體系中用金屬鎂還原四氯化硅(SiCl4 + Mg + AlCl3)制備硅納米材料(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 3822)的拓展性工作，但此次報道的工作因采用二氧化硅及各種硅酸鹽為硅源，原料更加易得、價格便宜，更易放大，該工作的實用性更加顯著。另外，該工作可以用價格更加便宜的金屬Al為還原劑，反應中生成AlOCl，解決了長期以來鋁熱反應中生成惰性的Al2O3而使反應無法低溫下進行的問題，促進了反應在低溫下的持續進行。

一直以來，利用廉價的二氧化硅或硅酸鹽制備硅材料都需要較高的反應溫度。目前工業上采用的方法依然是高溫碳熱還原法（>1700℃），所制備的硅大都為塊材，難以應用于鋰離子電池負極材料。2007年至今，650℃條件下鎂熱還原二氧化硅是主要的制備納米硅材料的方法，但該方法條件苛刻，容易產生副產物Mg2Si，且產率較低。鋁熱還原二氧化硅因產生惰性的Al2O3，需高于鋁的熔點，700℃以上的高溫反應才能進行。

該方法適用于還原各種二氧化硅粉體和含硅酸鹽的原料如玻璃纖維、分子篩等，以及礦物如鉀長石、硅藻土和生物礦物質等，而且產率能達到70%以上。對本低溫熔鹽的反應機理深入研究發現，AlCl3熔鹽能夠直接參與到該金屬熱還原過程。Mg和Al參與的還原反應分別為：4Al + 3SiO2 +2AlCl3= 3Si +6AlOCl，2Mg + SiO2 +6AlCl3= 2MgAl2Cl8 + 2AlOCl + Si，該反應體系中的副產物AlOCl極易處理。將鋁熱還原硅酸鹽制備的納米硅用于鋰離子電池負極材料測試表明，在3 A/g的電流密度下循環1000圈，可逆比容量保持870 mAh/g，且首圈庫侖效率高于80%，并具有很好的倍率性能。

中國科大合肥微尺度物質科學國家實驗室及化學與材料科學學院錢逸泰教授和朱永春副研究員為該論文共同通訊作者，2014級博士生林寧為該論文的第一作者。該項研究得到了國家自然科學基金的資助。

來源：中國科大新聞網