Cu2S@carbon@MoS2三层空心结构用于高性能储钠负极

钠离子电池由于资源丰富、价格低廉等特点，成为储能领域的研究热点。探索合适的正负极材料成为研究钠离子电池的关键。金属硫化物由于具有组成多样性和良好的电化学性能，得到研究者的广泛关注。其中，混合金属硫化物由于各组分间的协同作用，表现出高效的储钠性能。另外，构造复杂空心纳米结构和高导电性碳包覆，可以有效地提高金属硫化物的电化学性能。探索合适的复杂中空结构以获得优化的储钠性能显得尤为重要。

近日，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授（点击查看介绍）课题组以Cu₂O纳米立方为模板，通过硫化和刻蚀反应得到CuS空心结构；随后，通过PDA包覆以及随后的碳化反应，得到氮掺杂碳包覆的Cu₂S空心结构（Cu₂S@carbon）；最后，通过进一步溶剂热反应，在Cu₂S@carbon表面生长出一层MoS₂纳米片，得到Cu₂S@carbon@MoS₂三层空心结构。在构筑的多级空心结构中，纳米的壳层结构和片层结构可以有效缩短电子和离子的传输距离；中间碳层可以有效维持材料的空心结构；同时Cu₂S和碳层可以有效地提高材料的导电性；混合金属硫化物的协同作用可以有效提高材料的容量和结构稳定性。Cu₂S@carbon@MoS₂作为负极材料，在钠离子电池中表现出优异的性能。Cu₂S@carbon@MoS₂材料具有442 mAh/g的可逆比容量；在3 A/g的电流密度下具有297 mAh/g的可逆比容量，表现出较好的倍率性能；在0.3 A/g的电流密度下循环200周具有81%的容量保持率。这一研究成果提供了一种制备高性能分级结构的复杂混合金属硫化物负极材料的新策略，为钠离子电池的发展和应用，以及复杂分级结构材料的合成提供新的思路。

图1. Cu₂S@carbon@MoS₂三层空心结构的合成过程示意图。

图2. 扫描和透射电镜表征：（a, e）Cu₂O立方块，（b, f）Cu₂O@CuS立方块，（c, g）CuS空心结构，（d, h）Cu₂S@carbon双层空心结构。

图3. Cu₂S@carbon@MoS₂三层空心结构的形貌和组成表征。

图4. Cu₂S@carbon@MoS₂三层空心结构的储钠性能研究。

图5. Cu₂S@carbon@MoS₂三层空心结构的电化学反应机理分析。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，第一作者是新加坡南洋理工大学方永进博士，通讯作者是楼雄文教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Rationally Designed Three-Layered Cu₂S@Carbon@MoS₂ Hierarchical Nanoboxes for Efficient Sodium Storage.

Yongjin Fang, Deyan Luan, Ye Chen, Shuyan Gao, Xiong Wen (David) Lou*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915917

导师介绍

楼雄文

http://www.x-mol.com/university/faculty/35053

课题组主页

http://www.ntu.edu.sg/home/xwlou/