郑俊超教授，Nano Energy 观点：中空分层纳米管状MoS2/SnS@C材料作为高性能钠离子电池负极材料- 大数跨境

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郑俊超教授，Nano Energy 观点：中空分层纳米管状MoS2/SnS@C材料作为高性能钠离子电池负极材料

科学材料站

2021-10-11

导读：该工作的设计和合成理念为构建其他空心硫化物基储能材料提供了可行的解决方案。

文章信息

中空分层纳米管状MoS2/SnS@C材料作为高性能钠离子电池负极材料

第一作者：汤林波

通讯作者：郑俊超*

单位：中南大学

研究背景

二维层状材料具有独特的层状结构，层间距较大，在钠离子迁移过程中结构稳定性等优点。其中二维 SnS 具有较高的理论容量（1022 mAh g-1）、低的放电电压平台和大层间距 (4.33 Å)等优点，被认为是高能量密度钠离子电池负极材料的潜在候选材料。然而，其低电导率和钠化/脱钠过程中的体积膨胀阻碍了其应用。

文章简介

基于此，中南大学郑俊超教授团队，在国际期刊“Nano Energy”（IF=17.881）上发表了题为“MoS2/SnS@C hollow hierarchical nanotubes as superior performance anode for sodium-ion batteries”的文章。该工作的设计和合成理念为构建其他空心硫化物基储能材料提供了可行的解决方案。

文章要点

文章通过简单的溶剂热反应合成了一种独特的具有自支撑结构的 MoS2/SnS@C 中空分级纳米管。空心分级纳米管的外层包覆有机热解碳，内层的空心二硫化钼纳米管是通过氧化钼纳米棒硫化制备。

结果表明，表面碳涂层可以提高电子导电性，而内层的中空纳米管结构可以支撑材料结构并提供钠离子迁移通道。SnS和MoS2之间形成的异质结可以有效降低钠离子扩散的动力学势垒。

此外，中空的分层一维纳米管结构可以有效缓解SnS钠化过程中的应力，抑制材料的体积膨胀，并提高材料的电容贡献率。用作钠离子电池（SIB）负极材料的 MoS2/SnS@C 纳米管复合材料具有出色的倍率和循环性能。

要点1：中空分层纳米管结构MoS2/SnS@C材料的合成

首先制备MoO3纳米棒，加入表面活性剂（PVP）、锡源、碳源和硫源，经溶剂热和烧结反应制备出MoS2/SnS@C纳米管结构。

从SEM和TEM图可以看出该结构的最外层为碳层，中间部分为SnS，而内层由MoO3纳米棒硫化后的MoS2构成。对不同锡和硫源比例下溶剂热反应后材料SEM图可知，适量的锡硫比能够促进中空纳米管的形成。

图1. MoS2/SnS@C的制备示意图和SnS@C、MoS2/SnS@C的SEM、TEM、mapping表征。

图2. 不同锡/硫源比例下材料的SEM、EDS和mapping。

要点2：中空分层纳米管结构MoS2/SnS@C材料具有更好的结构特性和优异的电化学性能

对比纯的SnS@C，MoS2/SnS@C材料具有更无序的碳结构，大的比表面积，理想的空间结构，基体材料和表面碳层联系更加紧密，有利于离子和电子的传导。

所制备的MoS2/SnS@C材料作为钠离子电池负极材料具有优异的倍率和循环性能，在 15 A g-1电流密度下具有 325 mAh g-1 的放电容量，在 5 A g-1 下经过2000次循环后仍保持有292 mAh g-1 的可逆容量。

图3. SnS@C、MoS2/SnS@C的Xrd、Raman、Bet和XPS表征。

图4. SnS@C、MoS2/SnS@C的CV、充放电曲线和电化学性能表征。

要点3：中空分层纳米管结构MoS2/SnS@C材料的电化学动力学特性

通过对材料进行不同扫速CV、原位EIS和GITT测试分析可知，相比较纯的SnS@C材料，MoS2/SnS@C中空纳米管材料结构设计可以降低钠离子迁移势垒，提高复合材料的电容贡献率并促进钠离子的传递。

此外，本文还结合了循环过程中材料结构的变化对MoS2/SnS@C复合材料的电化学动力学过程进行了分析，证明了该材料在高电压下发生了转换反应，而在较低的电压下，发生了合金化反应。该工作为二维基金属硫化物的设计和合成提供了一种新的解决方案。

图5. SnS@C、MoS2/SnS@C的电化学动力学分析。

图6. SnS@C、MoS2/SnS@C的原位电化学动力学分析。

文章链接

MoS2/SnS@C hollow hierarchical nanotubes as superior performance anode for sodium-ion batteries.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106568.

通讯作者简介

郑俊超教授。

中南大学博士，美国加州大学伯克利分校博士后，中南大学教授，博士生导师，湖南省杰出青年基金获得者，兼任新能源材料与器件系副主任。主要研究方向为材料化增值冶金与电化学储能（有色冶金、新能源材料与器件及电化学交叉学科领域）。

以第一作者和通讯作者在Energy & Environmental Science、Materials Today、Electrochemical Energy Review、Advanced Functional Materials、Advanced Energy Materials、Nano Energy、ACS Catalysis、Energy Storage Materials、Small等国际期刊上发表SCI学术论文70余篇，并长期作为Chemical Society Reviews、Angewandte Chemie、Nano Energy、Small、Chemistry of Materials、Energy Storage Materials等国际期刊的审稿人；现已申请专利50余项，获得授权专利30余项，专利成果转化6项，在企业取得了数十亿元的产值；主持4项国家自然科学基金项目、1项湖南省杰青项目、1项中南大学创新驱动项目、1项中央高校基本科研业务专项、1项湖南省教育厅优秀青年基金及企业科技攻关项目10余项；获湖南省优秀博士论文、中国有色金属学会优秀科技论文二等奖、湖南省科技成果鉴定、全省大中专学生志愿者暑期“三下乡”社会实践活动优秀指导者、《中国有色金属学报》优秀论文一等奖、湖南省自然科学二等奖、中国有色金属科技一等奖、第六届全国高校冶金院长奖等奖励，指导学生获第二届全国大学生冶金科技竞赛特等奖。

课题组招聘

中南大学郑俊超教授课题组主要研究方向：锂/钠离子电池正负极材料，固态电解质、水系锌离子电池、有色金属资源回收以及冶金电池电化学等领域。欢迎报考博士生及推荐免试研究生。