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北大楊槐/郭少軍AFM：用于高效儲鉀的Cu12Sb4S13量子點(diǎn)/Ti3C2納米片復(fù)合材料

盡管用于鉀離子電池（PIB）的過渡金屬二硫化物負(fù)極具有很高的理論比容量，但由于容量衰減劇烈和循環(huán)壽命短，它們的發(fā)展受到極大阻礙。

在此，北京大學(xué)楊槐教授、郭少軍教授等人報(bào)道了合成Cu₁₂Sb₄S₁₃量子點(diǎn)/少層Ti₃C₂納米片的新型復(fù)合材料（CAS-Ti₃C₂）作為用于提高K⁺存儲的先進(jìn)負(fù)極。

制備的CAS-Ti₃C₂具有很強(qiáng)的量子點(diǎn)與Ti₃C₂納米片之間的協(xié)同效應(yīng)，這主要是由于Ti-S鍵的形成，既可以縮短K⁺的擴(kuò)散路徑，又可以適應(yīng)放電/充電過程中嚴(yán)重的體積變化。

恒電流間歇滴定 (GITT) 測量證明了CAS的高K⁺擴(kuò)散系數(shù)，這對 CAS-Ti₃C₂復(fù)合材料的轉(zhuǎn)化和K⁺存儲有重要貢獻(xiàn)。

圖1. 制備分層CAS-Ti₃C₂復(fù)合材料的示意圖

因此，這種特殊設(shè)計(jì)的CAS-Ti₃C₂負(fù)極在100 mA g^-1下200次循環(huán)后的可逆比容量為496.7 mAh g^-1，1.0 A g^-1的大電流密度下1800次循環(huán)后的可逆比容量為175.6 mAh g^-1，優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的過渡金屬二硫?qū)倩锪孔狱c(diǎn)基PIBs負(fù)極。

此外，通過非原位XRD和HRTEM測量研究了CAS的K⁺存儲機(jī)制，其中發(fā)生典型的CAS從Cu₁₂Sb₄S₁₃到Sb₂S₃和CuS的嵌入-轉(zhuǎn)化-合金化過程。這項(xiàng)工作將為開發(fā)面向先進(jìn)可充電電池的高能轉(zhuǎn)換型多金屬硫化物開辟了新的視角。

圖2. CAS-Ti₃C₂復(fù)合材料的儲鉀性能

Cu₁₂Sb₄S₁₃ Quantum Dots/Few-Layered Ti₃C₂ Nanosheets with Enhanced K⁺ Diffusion Dynamics for Efficient Potassium Ion Storage, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108574

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