鈉與鋰同屬一個主族，并且在自然界中含量非常豐富，因此鈉離子電池（NIBs）引起了越來越多的關注。但是Na離子半徑(1.02??)和還原電位(-2.71?V)均大于Li離子(0.76??和-3.04?V) 。這種區(qū)別導致典型的商用鋰離子電池石墨負極由于其層間距小，不適合用于鈉離子存儲。因此，研制新型的NIBs負極材料具有重要意義。
基于此，廣東工業(yè)大學閔永剛教授和仲愷農業(yè)工程學院廖松義博士在ChemElectroChem期刊上發(fā)表題為“Synthesis of MoS2N-MXene/C heterogeneous nanosheets andits enhanced pseudocapacitance effects for NIBs”的研究性文章。該研究通過將MoS2錨定在含碳涂層的氮摻雜MXene納米片上(縮寫為MoS2@N-MXene/C，如圖1)，獲得具有優(yōu)異電化學性能的NIBs負極材料。采用XRD、XPS和SEM/TEM對MoS2@N-MXene/C的結構、表面化學狀態(tài)和微觀形貌進行了詳細的分析和表征。結果表明，MoS2負載在N-MXene上形成了均勻的納米片異質結構。當應用于NIBs負極時，MoS2@N-MXene/C在4 A/g時展現(xiàn)約189 mAh/g，在0.5 A/g循環(huán)300次后保持約308 mAh/g（如圖2）。此外，根據CV曲線的模擬和計算，MoS2@N-MXene/C的優(yōu)異的電化學性能因歸因于其超高的贗電容貢獻率(在2 mV/s掃描速率下贗電容貢獻率為84.5%，如圖3)。
圖1 MoS2@N-MXene/C復合材料的合成原理圖 圖2 MoS2@N-MXene/C復合材料a）循環(huán)伏安曲線，b）循環(huán)過程中充放電曲線c） 倍率性能及其相應的d）充放電曲線和MoS2@N-MXene/C和MoS2@MXene/C的e）長期循環(huán)性能和f）EIS圖譜對比 圖3 a）的CV曲線MoS2@N-MXene/C，掃描速率逐漸增加；b） 擬合后ln（峰值電流）與ln（掃描速率）的關系圖；c） 在逐漸增加的掃描速率（從0.2到2.0 mV/s）下的贗電容貢獻；d） 掃描速率為2.0 mV/s時的CV曲線，陰影區(qū)域顯示了贗電容貢獻 MoS2@N-MXene/C異構納米片成功合成并應用于NIBs負極中。由于N原子摻雜到MXene中，MXene的比表面積、形貌和導電性都有了很大的提高。當與MoS2復合時，得到具有分層的二維納米片復合結構的MoS2@N-MXene/C。采用XRD、SEM、TEM和XPS對MoS2@N-MXene/C的結構、表面化學狀態(tài)和微觀形貌進行了表征。此外，MoS2@N-MXene/C負極在0.5 A/g循環(huán)300次后仍保持在~308 mAh/g，在4 A/g時表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能：~189 mAh/g。EIS結果表明，MoS2@N-MXene/C復合材料比MoS2@MXene/C具有較低的電荷轉移電阻。根據CV曲線模擬，在2 mV/s掃描速率下，MoS2@N-MXene/C異質納米片具有84.5%的偽電容效應。MoS2@N-MXene/C優(yōu)異的電化學性能應歸功于高導電性的N-MXene和其上錨定的MoS2共同形成了有效的電荷轉移和離子擴散通道。因此，這項工作為未來NIBs負極的發(fā)展提供一些借鑒。 論文信息 Synthesis of MoS2@N-MXene/C Heterogeneous Nanosheets and its Enhanced Pseudocapacitance Effects for NIBs Wei-Xiang Cheng, Yi-Zhao Chen, Song-Yi Liao, Jun-Qi Hu, Cun-Sheng Liu, Shuai-Fu Cui, Xing-Wen Huang, Prof. Yidong Liu, Prof. Yonggang Min 本文第一作者為廣東工業(yè)大學碩士生成偉翔 ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200715
