福州大學(xué)魏明燈課題組報道了一種基于磺酸基金屬有機(jī)框架材料合成金屬硫化物/碳復(fù)合材料新的通用策略。與已有的合成方法相比，在不需要加入額外的硫源情況下，磺酸基金屬有機(jī)框架自身的磺酸基團(tuán)與金屬離子原位硫化形成了金屬硫化物，展現(xiàn)了優(yōu)良的鋰/鈉離子的存儲性能。
金屬硫化物(MxSy)材料因其豐富的活性位點和較高的理論容量,被視為鋰/鈉離子電池理想的電極材料候選者之一。然而金屬硫化物在儲能器件中的應(yīng)用仍需至少解決兩個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)：（1）在充放電過程中，由于體積變化大，材料粉化嚴(yán)重導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差;(2)由于電解液中多硫化物的溶解導(dǎo)致容量快速衰減。納米工程和復(fù)合材料被視為解決上述問題的有效方法。金屬有機(jī)框架材料(MOFs)是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無機(jī)雜化材料，具有比表面積大，結(jié)構(gòu)可控，孔徑可調(diào)等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于催化、氣體分離/儲存、傳感器、能源存儲等領(lǐng)域。因此，基于MOFs的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，構(gòu)建金屬硫化物/碳復(fù)合材料成為研究的一個重要方向。
基于上述考慮，福州大學(xué)魏明燈課題組合成了一系列磺酸基金屬有機(jī)框架前驅(qū)體材料，并在不將入額外硫源情況下，一步煅燒合成了不同的金屬硫化物/碳復(fù)合材料(MxSy/NSC, Fe7S8/NSC, Co9S8/NSC, Ni9S8/NSC, Cu1.96S/NSC, MnS/NSC, ZnS/NSC)。前驅(qū)體中的磺酸基團(tuán)和金屬離子原位合成了金屬硫化物(MxSy)和N/S 共摻雜的碳(NSC) (圖1).
圖1 MxSy/NSC復(fù)合材料合成示意圖 電化學(xué)測試結(jié)果（圖2）表明, MxSy/NSC電極顯示了優(yōu)異的Li+/Na+存儲性能。其中，Fe7S8/NSC用于鋰離子電池電極時，在5 A g-1的電流密度下循環(huán)1500圈后仍然有645 mA h g-1的容量。同樣的電流密度下，鈉離子電池循環(huán)1000圈后仍保留了426.6 mA h g-1的容量。 圖2. MxSy/NSC復(fù)合材料的長循環(huán)性能:(a) LIBs; (b) SIBs. 在這項工作中，作者通過合成一系列磺酸基金屬有機(jī)框架前驅(qū)體，以前驅(qū)體自身磺酸基為硫源一步法合成了不同的金屬硫化物/碳復(fù)合材料，這一通用的策略為以金屬有機(jī)框架材料為前驅(qū)體合成復(fù)合材料提供了新的思路。 論文信息： General synthesis of sulfonate‐based metal‐organic framework derived composite of MxSy@N/S doped carbon for high‐performance lithium/sodium ion batteries Lin Chen, Lijing Han, Prof. Xingjiang Liu, Prof. Yafeng Li, Prof. Mingdeng Wei Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202004241
