朱金良副教授/吴兴隆教授/武开鹏博士等Small观点：原位拉曼光谱和原位透射电子显微镜揭示C-S-Mn键增强了MnS的储钠性能- 大数跨境

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朱金良副教授/吴兴隆教授/武开鹏博士等Small观点：原位拉曼光谱和原位透射电子显微镜揭示C-S-Mn键增强了MnS的储钠性能

科学材料站

2020-10-24

导读：该文章通过原位拉曼光谱和原位透射电子显微镜显示MnS与N, S共掺杂碳之间原位生成的C-S-Mn键增强了MnS的储钠性能。

文章信息

N, S共掺杂碳包覆MnS核/壳纳米立方体:原位拉曼光谱和透射电子显微镜揭示C-S-Mn键增强了MnS的储钠性能

第一作者：朱金良、韦鹏程

通讯作者：朱金良，吴兴隆，武开鹏

研究背景

近年来，研究者对高容量和低成本的钠离子电池阳极材料进行了深入的研究。其中，硫化锰（MnS）具有储量丰富，成本低和理论容量达616 mAh g-1等优点受广泛研究者关注。硫化锰作为钠离子电池阳极材料要真正商业化应用，必须克服以下缺点。

首先，复杂和有争议的Na存储过程限制了提高稳定性能的进展；其次，MnS电极在连续的钠化/去钠化过程中不可避免的体积效应会改变材料的形态，从而使Na的存储容量逐渐衰减；第三，由于MnS的电导率较低，导致电化学反应缓慢，倍率性能较差；第四，多硫化物的高溶解性和损失进一步降低Na的存储容量。

文章简介

近日，广西大学的朱金良副教授，西南科技大学武开鹏博士和东北师范大学吴兴隆教授为共同通讯，朱金良副教授和韦鹏程硕士为共同一作在国际知名期刊Small（影响因子：11.459）上发表题为“MnS@N,S Co-Doped Carbon Core/Shell Nanocubes: Sulfur-Bridged Bonds Enhanced Na-Storage Properties Revealed by In Situ Raman Spectroscopy and Transmission Electron Microscopy”的文章。

该文章通过原位拉曼光谱和原位透射电子显微镜显示MnS与N, S共掺杂碳之间原位生成的C-S-Mn键增强了MnS的储钠性能。

图1（A）MnS@NSC的SEM图像、（B-G）TEM和HRTEM图像和（G1-G4）MnS@NSC元素分布图像

本文要点

要点一：通过微乳液沉淀法合成MnCO3纳米立方体。

与块状材料相比，纳米硫化锰（MnS）具有大量的活性反应位点，短的钠离子迁移距离，从而促进电化学反应。同时材料纳米化可以减缓充放电过程中产生的应力应变，提高充放电循环性能。本文通过调节碳酸氢钾（KHCO3）和碳酸氢铵（NH4HCO3）的用量，成功合成了小尺寸MnCO3纳米立方体颗粒。

要点二：在MnS与N,S双掺杂碳之间原位生成C-S-Mn键增强了MnS钠存储性能。

用多巴胺将MnCO3纳米立方体包覆后，同时碳化与硫化得到氮硫共掺杂碳原位包覆MnS纳米立方体复合材料。碳壳与MnS之间的强相互作用和在原位生成的C-S-Mn键，使其具有超稳定的结构。

原位透射电镜显示碳壳显著限制了单个MnS@NSC纳米立方体在钠化过程的体积变化。MnS和碳壳之间原位生成的C-S-Mn键可以支持MnS的可逆转化。原位拉曼光谱结果进一步表明MnS在MnS@NSC中可实现高度可逆，因此获得优异的比容量，出色的倍率性能和卓越的循环稳定性。

作为钠离子电池的负极材料，MnS@NSC在电流密度为100 mA g-1下，可逆比容量为594.2 mA h g-1。

此外，MnS@NSC在电流密度为1 A g-1下具有413.9 mAh g-1的可逆比容量，在3000次充/放电循环后仍然有329.1 mAh g-1的比容量，比容量保持率为79.5％，每个循环的容量衰减率仅为0.0068％。

图2 (A–E) MnS@NSC充-放-充循环过程中的原位拉曼光谱图，(F) MnS@NSC 和MnS充分电机制比较示意图。

文章链接

MnS@N,S Co-Doped Carbon Core/Shell Nanocubes: Sulfur-Bridged Bonds Enhanced Na-Storage Properties Revealed by In Situ Raman Spectroscopy and Transmission Electron Microscopy.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202003001

通讯作者介绍

朱金良副教授

2014年于中山大学取得材料物理与化学博士学位，2015年入职于广西大学，2018年晋升副教授。主要从事新能源材料方面的研究，迄今已在Small、Energy Storage Materials和Journal of Materials Chemistry A等期刊上发表SCI论文30余篇，其中ESI高被引论文3篇，以第一发明人授权国家发明专利3项，主持国家自然科学基金、广西自然科学基金、广西科技重大专项子项及企业横向等项目，曾获广西2017年重要技术标准奖励和广西自然科学技术一等奖。

吴兴隆教授

东北师范大学教授，博士生导师，吉林省拔尖创新人才，主要从事新型储能材料和先进二次电池体系方面的研究工作。已在Sci. Bull., Adv. Mater., Energy Environ. Sci.和Adv. Energy Mater.等学术期刊发表了通讯作者论文100多篇，其中14篇被评选为ESI高被引/热点论文，文章被引用超过10000次，H-index为52；申请了发明专利20余项，已有10项获得授权；曾获得了教育部自然科学研究成果一等奖和中国科学院科技成果转化二等奖等科技奖励。

武开鹏博士

西南科技大学青年教师，硕士生导师。本科、硕/博士分别毕业于吉林大学和中南大学。主要从事新能源材料与器件、能源材料湿法冶金领域应用基础研究。迄今以第一和通讯作者在Journal of Materials Chemistry A、Green Chemistry等期刊发表SCI论文20余篇，申请和授权发明专利10余项（含美、日、韩等外国专利5项）。主持国家自然科学基金、四川省应用基础研究计划重点项目、四川省重点研发计划子课题等项目。

第一作者介绍

韦鹏程硕士

广西大学资源环境与材料学院2018级硕士研究生，目前以广西大学为第一通讯单位在Small，ACS Sustainable Chemistry & Engineering和Sustainable Energy & Fuels期刊共发表了SCI论文3篇；曾获得2020年度国家奖学金，广西大学2020年度“陶建明奖学金”，连续三年获得“广西大学一等学业奖学金”以及连续两次获得广西大学“优秀学生”荣誉称号。