齐鲁师范学院石念香课题组：2D MoSe2纳米片垂直生长在碗状碳上形成异质结构用于高性能储钠

能源危机和环境挑战促使二次电池迅速发展。其中，锂离子电池因其高容量、长循环寿命和无记忆效应而成为一个重要的发展方向，但金属锂储量有限增加了电池的生产成本。与锂离子电池相比，钠离子电池有资源丰富、价格低廉、电化学机理相似等优势，有望取代锂离子电池。但在循环过程中，较大的Na⁺半径导致反应动力学迟缓，电极材料粉碎，可逆性差。因此，有必要设计和构建具有合适层间距和形貌的先进钠离子电池负极材料，以提高电池的能量密度和循环稳定性。MoSe₂独特的二维结构和较大的层间距(6.4 Å)，窄带隙(约1.1 eV)和高的理论容量(422 mAh g⁻¹)，成为钠离子电池的极具潜力的负极材料。然而，电子导电性低导致电化学性能较差，以及表面能过高导致结构堆积问题，使电化学性能难以提高。目前，人们已开发了一系列策略改善上述问题，但无论那一种方法都离不开碳，碳不仅可以提高电导率，还可以防止MoSe₂团聚。空心碳结构具有提高电子传输及缓解体积变化的优点，但材料中存在较大的空隙会降低电池的能量和功率密度。因此，在保持碳空心结构优势的同时，提高电池的能量密度是非常有意义的。耦合不同相组分构建异质结构可以调节电子结构，并在异质界面处形成内部电场，从而加速电荷转移，提高反应动力学。

本团队采用模板法结合硒化处理，设计并制备了在碗状碳上垂直生长MoSe₂纳米片的异质结构(MoSe₂@C)，用于提高存储钠的性能。这种独特的三维异质结构具有一系列的优点:(1)与球形结构相比，碗状中空结构不仅减轻了体积变化，而且增加了单位体积中活性物质的量。(2)异质界面处的内置电场加速了电荷的传递，提高了反应动力学和电化学性能。(3)MoSe₂垂直生长在碗状碳的表面可以为吸附Na⁺提供更多活性位点。缓解充放电过程中的体积膨胀。当用作钠离子电池负极材料时，碗状MoSe₂@C表现出了良好的循环性能（在1 A g⁻¹的电流密度下循环1500次后容量保持在356.8 mAh g⁻¹）和倍率性能(10 A g⁻¹的电流密度下，容量可达249.9 mAh g⁻¹)。该工作为构建特殊的空心异质结构提供了一条途径，提高了MoSe₂纳米片在不同领域的应用潜力。

石念香，齐鲁师范学院讲师，从事无机微纳复合材料的可控制备及其在二次电池中的应用研究，在电极材料的结构设计、制备及改性研究等方面取得了一系列研究成果，近五年先后以第一作者的身份在Adv. Energy Mater.; Adv. Funct. Mater.; Small; J. Mater. Chem. A; Nano Resch.; ACS Appl. Mater. Interfaces等杂志上发表多篇论文。

投稿请联系contact@scimaterials.cn