上海大学|吴明红教授课题组Small：自下而上合成1T/2H杂化相MoS2/CNTs中空多面体设计助力高性能钾离子电池负极- 大数跨境

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上海大学|吴明红教授课题组Small：自下而上合成1T/2H杂化相MoS2/CNTs中空多面体设计助力高性能钾离子电池负极

科学材料站

2020-10-10

导读：本文通过简单有效的方法设计了一种新颖的MoS2基杂化纳米结构，通过构建1T/2H杂化相的MoS2不仅增大了电极的导电性，同时进一步增大了其层间距。

文章信息

自下而上合成1T/2H杂化相MoS2/CNTs中空多面体材料应用于钾离子电池存储

第一作者：吴宽曹徐

通讯作者：吴明红*，湛晶*

单位：上海大学

研究背景

如今，对于低成本和大规模化的能源存储系统需求越来越大。鉴于地球锂的储存量较为稀少，储量更丰富的钾和钠等碱金属离子电池得到越来越多的关注和研究。在电池循环过程中，钾相比钠有更低的氧化还原电位以及在电解液中有更快的离子传输速率。然而，而钾元素大的离子半径增大了研究人员找到既具有丰富活性位点又具有合适钾离子传输通道的负极材料的难度。

代表性二维材料-MoS2，具有类石墨烯的层状结构，同时又具有低成本、宽的层间距以及高的理论容量等特点，使得其特别适合应用于钾离子存储。然而，商业化的MoS2粉末的可逆钾容量很低、电池循环性能不佳，这主要是由于钾嵌入会导致MoS2结构不稳定，动力学缓慢和产生体积膨胀。

为了提高MoS2材料的储钾性能，研究人员为此做了许多工作：（1）利用缺陷和表面改性设计来增大层间距；（2）使用其他纳米材料对MoS2表面进行改性来避免团聚；（3）与导电材料复合来提高材料导电性能；（4）设计多孔或者中空材料来缓解MoS2在长时间循环过程中的体积膨胀。

但是，目前很多工作都是某些方面来高MoS2的钾存储性能，缺乏一种合适的设计使MoS2电极兼具良好的导电性、扩展的层间距离、多孔/空心结构和低成本等特点。

文章简介

近日，上海大学的吴明红教授课题组在国际知名期刊Small（影响因子：11.459）上发表题为“Bottom-up synthesis of MoS2/CNTs hollow polyhedron with 1T/2H hybrid phase for superior potassium-ion storage”的研究工作。

本文通过简单有效的方法（图1）设计了一种新颖的MoS2基杂化纳米结构，通过构建1T/2H杂化相的MoS2不仅增大了电极的导电性，同时进一步增大了其层间距。

此外，将MoS2生长于N掺杂的CNTs包裹的中空多面体上，可以很好的解决充放电过程中MoS2团聚和体积膨胀的问题，从而获得优异的储钾性能。文章还将其应用于全电池测试，也展现出了较佳的性能。

图1. 1T/2H‐MoS2/NCNHP制备示意图。

本文要点

要点一：构建1T/2H杂化相MoS2/CNTs中空多面体结构

本文通过简单多步合成方式获得由MoS2纳米片和CNTs包裹的中空多面体的复合材料。其中，MoS2纳米片是1T/2H杂化相。该杂化MoS2纳米片具有大的层间距和良好的导电性。

同时，中空多面体结构既提供了MoS2纳米片生长的空间，又可以缓解MoS2纳米片在充放电过程中大的体积变化。此外，多面体结构上由N掺杂的CNTs包裹，使复合材料的反应活性位点进一步丰富，导电性能也进一步得到提高。

要点二：多面体复合结构具有良好的储钾性能表现

本文将制备得到的多面体复合结构应用于钾离子负极材料，获得了出色的可逆容量和长循环寿命。同时将其和普鲁士蓝钾共同组成全电池，也获得了好的电池性能表现。

图2. 多面体复合结构的电化学储钾表现。

文章链接

Bottom‐Up Synthesis of MoS2/CNTs Hollow Polyhedron with 1T/2H Hybrid Phase for Superior Potassium‐Ion Storage

https://doi.org/10.1002/smll.202004178

通讯作者介绍

吴明红教授

曾获国家杰出青年基金、长江学者特聘教授、“新世纪百千万人才”国家级人选、上海市领军人才、上海市优秀学科带头、教育部创新团队负责人，2008年俄罗斯工程院外籍院士，2015年俄罗斯自然科学院外籍院士。国家自然基金委专家评审组成员，教育部科技委国际合作学部委员，上海市学位委员会学科评议组成员，中国环境科学学会特邀常务理事，中国核学会核技术应用分会常务理事，上海市教育系统劳模协会副会长、“有机复合污染控制工程”教育部重点实验室主任。长期从事有机污染物削减控制相关基础理论与工程应用研究，在碳基复合材料应用于挥发性有机污染物及有机高盐废水的综合治理等领域取得了一系列创新性成果，相关技术应用于中船、中石化、煤化工等重要工业行业的有机污染物治理工程。

获国家发明专利50多项，出版专著2本，以通讯作者或第一作者在Nature、Nature Chemistry、ES&T、AM等学术刊物上发表论文200多篇，论文SCI他引14000多次，入选全球高被引学者。先后获国家自然科学二等奖2项（排第一、第五）、省部级科技奖一等奖3项（2项排第一、1项排第二）、中国工程院光华工程青年科技奖、全国模范教师、全国巾帼建功立业标兵、新中国60年上海百位杰出女教师、上海市巾帼创新奖、三八红旗手标兵、上海市十大科技精英等奖励或荣誉称号。

湛晶博士

现为新加坡国立大学生物医药工程博士后。主要从事石墨烯及二维材料的结构和相转变相关方面的研究。读博期间获国家奖学金、上海大学创新创业奖学金、上海市优秀毕业生等荣誉。在Advanced Energy Materials, Small, Journal of Materials Chemical A, Carbon 等国际著名期刊上发表SCI论文10多篇，申请发明专利6项。