楼雄文Adv. Mater.：混合金属硫化物的储钠应用

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、高的电子电导率和较好的电化学可逆性，表现出高效的储钠性能。因此，通过构造合适的混合金属硫化物结构，可以获得优异的电化学性能。

近年来，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授（点击查看介绍）课题组在混合金属硫化物电极材料的设计和制备及其在钠离子电池方面的应用取得了许多优秀的成果，得到广泛的关注，近期撰写了题为“Recent Advances on Mixed Metal Sulfides for Advanced Sodium-Ion Batteries”的综述文章。文章基于课题组研究的特色，总结了混合金属硫化物在钠离子电池的应用，介绍了相关领域的最新研究成果，并对其研究前景进行了展望。

图1. 不同结构和组成的混合金属硫化物及其在钠离子电池的应用。

简单组成的混合金属硫化物

相比于单组分硫化物，混合金属硫化物由于不同组分间的协同作用表现出更优的电化学性能。首先，在混合金属硫化物中，不同硫化物之间的相界面会提供大量的晶格扭曲和缺陷，从而促进电子和离子的传输；其次，不同硫化物之间的带隙差异引起的内部电场会提高电化学反应的动力学和载流子的传输速度；另外，不同硫化物的不同步的电化学反应过程以及形成的不同中间相将有助于缓解电化学反应过程中的应力和抑制材料的团聚，从而获得较好的电化学稳定性。

图2. 简单组成的混合金属硫化物。(a, b)核壳结构的SnS-MoS₂；(c, d)核壳结构的Co₉S₈/MoS₂；(e-j) 空心结构CuS@CoS₂纳米盒子及其电化学性能。

复杂组成的混合金属硫化物

（1）导电碳材料修饰的混合金属硫化物

通过将活性材料与导电碳材料复合，是提高电极材料电化学性能的一种有效途径。一方面，碳材料可以有效提高复合材料的导电性；另一方面，碳材料的修饰可以有效的缓解硫化物电化学反应过程中体积变化引起的局部应力，以及抑制多硫化物在电解液中的穿梭效应，从而提高材料的电化学稳定性。许多的导电碳材料，如热解碳、碳纳米管、碳布、石墨烯等，都被报道用于修饰混合金属硫化物并获得较好的电化学性能。

图3. 导电碳材料修饰的混合金属硫化物。(a) Fe₉S₁₀@MoS₂@C充放电过程中的内部电场效应；(b-f) 三层空心结构的Cu₂S@carbon@MoS₂纳米盒子；(g, h) MoS₂/Co₉S₈/C纳米盒子；(i, j) 核壳结构ZnS-Sb₂S₃@C多面体空心结构。

图4. 导电碳材料修饰的混合金属硫化物。(a-d) SnS₂/NiS₂@CC；(e, f) SnS₂/Co₃S₄-rGO；(g-i) (SnCo)S₂/SG及其充放电过程中的相变化。

（2）金属掺杂的混合金属硫化物

金属掺杂可以有效改变金属硫化物的电子结构。通过在金属硫化物结构里面掺杂少量的金属，可以导致晶格的细微的膨胀或收缩，引起部分缺陷的产生，从而改变离子或电子的传输特性。据报道，金属掺杂可以提高金属硫化物的电子电导率，并且降低Na+离子的扩散能垒，从而提高其扩散速率。

图5. 金属掺杂的混合金属硫化物。(a-d) SnS-Sn:Sb₂S₃复合物的结构及其电化学性能；(e-j) 双层空心结构Cu-CoS₂@Cu_xS纳米盒子的结构及其电化学性能。

小结

该综述总结了近年来混合金属硫化物的结构及其在钠离子电池领域的应用，详细阐述了混合金属硫化物对钠离子存储的促进作用，同时也对其未来的发展进行了展望，表明混合金属硫化物在相关能源存储与转化领域具有独特的优势和广阔的前景。

这一成果近期发表在Advanced Materials 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）：

Recent Advances on Mixed Metal Sulfides for Advanced Sodium-Ion Batteries

Yongjin Fang, Deyan Luan, Xiong Wen (David) Lou*

Adv. Mater., 2020, 32, 2002976, DOI: 10.1002/adma.202002976

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/