浙江理工蒋仲庆&秦楚，华南理工蒋仲杰AFM：Ar/NH3 等离子体刻蚀氮掺杂法制备稳定的自支撑1T-MoS2钠离子电池负极

二硫化钼（MoS₂）材料具有较大的层间距、较高的理论容量和较弱的层间范德华力，作为钠离子电池的负极材料获得了广泛关注。其中，金属相的1T-MoS₂ 具有良好的电化学特性， 其电子电导率比半导体相的2H-MoS₂高出约五个数量级，且较大的层间距有利于Na⁺的扩散。从热力学的角度来看，1T-MoS₂易转化为2H-MoS₂。因此在实际应用过程中，探索高效、环保的方法提高1T-MoS₂的稳定性，对推动高性能钠离子电池负极材料的制备具有重要的意义。

近日，来自浙江理工大学的蒋仲庆教授、秦楚博士与华南理工大学的蒋仲杰教授合作，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表了题为“Ar/NH₃ Radio-Frequency Plasma Etching and N-doping to Stabilize Metallic Phase 1T-MoS₂for Fast and Durable Sodium-Ion Storage”的研究文章。该文章利用水热法和Ar/NH₃射频等离子体处理技术，提出了在碳布上制备无粘结剂、氮掺杂和碳包覆的1T/2H混相MoS₂纳米片（C@N-MoS₂-p/CC）的合成策略，并用于高效、快速的钠离子存储。

VS和N的引入显著降低了相变能垒，可以推断，Ar/NH₃ 射频等离子体刻蚀所产生的丰富硫空位和氮掺杂是引发相变，并使得高活性的1T-MoS₂能够稳定存在的主要原因。

随着温度的提高，1T-MoS₂通常伴随着向2H-MoS₂MoS₂的转变。但是在经过 Ar/NH₃ 射频等离子体处理后，即使在高温退火后，C@N-MoS2-p/CC 中的 1T 相成分仍有 41.8%。这表明Ar/NH₃射频等离子体处理显著增强了1T-MoS₂的结构稳定性。由于Ar/NH₃射频等离子处理实现了氮掺杂，且等离子刻蚀效应促进了硫空位的产生，1T-MoS₂的相变能垒得到了有效的降低。此外，氮掺杂改变了2H-MoS₂费米能级附近的电子密度，从而提高了1T-MoS₂的含量。

在Ar/NH₃射频等离子体处理过程中，氮元素被成功掺杂到MoS₂中，并取代部分硫原子形成Mo-N键。电离Ar/NH₃气体会产生NH*、NH2*和Ar*等高能粒子，这些粒子会刻蚀纳米片的表面并破坏部分C-N键，从而形成大量的硫空位。这些硫空位不仅是充放电过程中氧化还原反应的活性位点，还有助于增大MoS2的晶格间距，从而促进钠离子的嵌入和脱出。因此，C@N-MoS₂-p/CC具有优异的电子导电性和较短的离子扩散长度。在电流密度为1 A g^-1，C@N-MoS₂-p/CC的初始充电/放电容量分别为701.0和797.0 mAh g^-1，并在2 A g^-1时表现出517.8 mAh g^-1 的出色倍率性能。碳涂层不仅减轻了 1T/2H-MoS₂ 纳米片在循环过程中可能出现的粉碎和聚集现象，还有效地隔绝了在空气中的表面氧化。这种保护作用大大提高了C@N-MoS₂-p/CC的循环稳定性，即使在电流密度为2 A g^-1的条件下循环 910 次，C@N-MoS₂-p/CC仍能保持402.4 mAh g^-1的高比容量。

过渡金属负极材料在钠离子电池中展现出优异的导电性，同时，在发生转化反应时较快的速度也使其在能源存储和转换领域具有广阔的应用前景。等离子体处理结合碳包覆的合成策略，为过渡金属负极材料在氧化还原反应中因离子嵌入和脱出过程引发的缓慢动力学问题提供了一种解决办法。通过等离子体表面处理技术降低体积变化的影响，增强相稳定性和结构稳定性，进而提升其电化学循环性能。这项研究为利用等离子体技术在柔性基底上设计和制造高性能钠离子电池电极材料提供了一种新方法，对今后类似领域的研究具有启发意义。