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武大顧棟AM: 用于增強(qiáng)儲鈉的介孔單層過渡金屬硫化物/碳復(fù)合材料

過渡金屬硫化物具有豐富的活性位點、大的層間空間和高的理論容量，尤其是對鈉的存儲，是很有前途的電化學(xué)儲能材料。然而，高電流密度下的低電導(dǎo)率和循環(huán)穩(wěn)定性差阻礙了其應(yīng)用。

有鑒于此，武漢大學(xué)顧棟教授等人報告了一種以SBA-15-P123作為模板制備單層介孔過渡金屬硫化物/碳復(fù)合材料的通用雙模板策略。介孔結(jié)構(gòu)的SiO₂骨架提供了一個密閉空間，以防止金屬硫化物在通道外生長，而Pluronic P123聚合物作為基底促進(jìn)高度分散的金屬硫化物前體并作為碳源。雙模板策略避免了使用額外的碳源和有毒的硫源（如S和H₂S），從而實現(xiàn)了一個環(huán)保且可控的過程。

該有序介孔單層MoS₂/碳復(fù)合材料具有高比表面積（237 m² g^-1）、均勻孔徑、大孔體積以及高達(dá)80 wt%的MoS₂負(fù)載，其中單層MoS₂被限制在碳基底中，復(fù)合納米棒之間的介孔提供了快速的電解液離子擴(kuò)散。

圖1. 有序介孔單層MoS₂/碳復(fù)合材料的合成與表征

因此，所獲得的納米復(fù)合材料具有高儲鈉能力、優(yōu)異的倍率容量和非常好的循環(huán)性能，在5.0 A g^-1的電流密度下2500次循環(huán)后保持310 mAh g^-1的容量。

此外，由MoS₂/碳復(fù)合負(fù)極和Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP) 正極組成的鈉離子(SIB) 全電池在1.0 A g^-1下100次循環(huán)期間保持了330 mAh g^-1的比容量。作者通過原位和非原位表征以及DFT計算探討了該材料的儲鈉機(jī)制。

此外，該方法也適用于合成其他二維金屬硫化物/碳復(fù)合材料（如WS₂和ReS₂），且具有其他潛在的應(yīng)用，例如能量存儲、催化、生物醫(yī)學(xué)和傳感器等。

圖2. 鈉離子全電池的電化學(xué)性能

Versatile Preparation of Mesoporous Single-Layered Transition-Metal Sulfide/Carbon Composites for Enhanced Sodium Storage, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104427

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