东华大学|邹儒佳课题组AS：具有增强电化学动力学特性的多孔碳纤维上石墨烯类碳薄膜包裹的硫化锡纳米片阵列助力高性能锂和钠离子电池- 大数跨境

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东华大学|邹儒佳课题组AS：具有增强电化学动力学特性的多孔碳纤维上石墨烯类碳薄膜包裹的硫化锡纳米片阵列助力高性能锂和钠离子电池

科学材料站

2020-09-04

导读：本文使用改良的CVD方法在由Co，N修饰的多孔碳纤维（CCF @ SnS @ G）支撑的SnS纳米片阵列的表面上直接生长类似石墨烯的碳膜。该策略中，将SnS纳米片阵列限制在包含多孔碳纤维和类似石墨烯的

文章信息

具有增强电化学动力学特性的多孔碳纤维上石墨烯类碳薄膜包裹的硫化锡纳米片阵列作为高性能锂和钠离子电池负极

第一作者：Zhe Cui

通讯作者：邹儒佳*、胡俊青*、刘倩*

单位：东华大学

研究背景

随着人们对便携式电子设备的需求日益增长，具有更高能量密度的大规模电网储能系统（EESs）已经引起了人们的迫切需求。

在碱金属离子电池、燃料电池、流动电池、超级电容器、锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）等各种EES中由于其寿命长、环境友好、无记忆效应而被公认为最有前途的候选负极。

然而，商业石墨负极因其容量有限（372 mAh g−1）而不能满足LIBs的需求，因此，寻找合适的高性能锂离子电池负极材料势在必行。

文章简介

近日，东华大学邹儒佳副研究员、胡俊青教授、刘倩博士等人在国际顶级期刊Advanced Science上发表题为“Graphene‐Like Carbon Film Wrapped Tin (II) Sulfide Nanosheet Arrays on Porous Carbon Fibers with Enhanced Electrochemical Kinetics as High‐Performance Li and Na Ion Battery Anodes”的研究工作。

本文使用改良的CVD方法在由Co，N修饰的多孔碳纤维（CCF @ SnS @ G）支撑的SnS纳米片阵列的表面上直接生长类似石墨烯的碳膜。在该策略中，将SnS纳米片阵列限制在包含多孔碳纤维和类似石墨烯的碳膜的集成碳基质中，可大大提高电化学性能。

原位TEM实验表明，垂直石墨烯状碳膜不仅可以很好地保护SnS纳米片不受破坏，提高导电性，而且可以将SnS纳米片转变为超细纳米颗粒，从而促进电化学动力学。系统电化学研究显示，对于LIB，CCF @ SnS @ G电极在5 A g-1的高电流密度下提供稳定的可逆容量529 mAh g-1，对于SIB在2 A g-1的情况下提供541.4 mAh g-1 ，表明其对负极电极具有良好的潜力。

该文章第一作者为Zhe Cui

东华大学邹儒佳副研究员、胡俊青教授、刘倩博士为本文共同通讯作者

要点解析

要点一：

图1.

a）PAN复合纤维的静电纺丝过程示意图。

b）复合纤维膜的照片。

c）准备CCF @ SnS @ G的示意图。

d–f）锂化/碱化反应后，不同类型的纳米结构的结构变化示意图。

要点二：

图2.

a–c）CCF @ SnS @ G的SEM图像。

d–f）CCF @ SnS @ G的TEM和HRTEM图像。

g1-g5）C，N，Sn，S，Co的EDS映射和h）CCF @ SnS @ G的EDS光谱

要点三：

图3.

a）XRD模式CoPAN @ SnS2和CCF @ SnS @ G。

b–f）CCF @ SnS @ G中C 1s，N 1s，Co 2p，S 2p和Sn 3d的高分辨率XPS光谱。

结论

在本文，作者已经通过简单的CVD方法成功地设计和制备了将SnS纳米片夹在设计的集成碳基质中的CCF @ SnS @ G分层结构，该基质由多孔碳纤维和垂直石墨烯样碳膜组成。

原位TEM实验和电化学分析表明，CCF @ SnS @ G的优异性能可归因于精心设计的集成碳基质。在CCF上生长的SnS @ G纳米阵列可在具有较大比表面积的相邻阵列纳米结构之间提供足够的空间，并有效减少与电解质的直接接触。

此外，Co，N改性多孔碳纤维和坚固的3D互连石墨烯状碳膜可作为SnS的保护骨架，从而促进SEI膜层在表面上原位形成并防止结构被破坏，从而保持电子和离子的稳定传输通道。

作为概念证明，CCF @ SnS @ G在5 A g-1时对LIB的稳定容量为529 mAh g-1，在2 A g-1时对SIB的容量为541.4 mAh g-1。作者相信CCF @ SnS @ G能够成为潜在的负极材料，并希望这种多维纳米结构设计是一种通用且有效的策略，可增强LIB和SIB中负极材料的性能。

文章链接

Graphene‐Like Carbon Film Wrapped Tin (II) Sulfide Nanosheet Arrays on Porous Carbon Fibers with Enhanced Electrochemical Kinetics as High‐Performance Li and Na Ion Battery Anodes

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201903045

通讯作者介绍

邹儒佳，副研究员，博士生导师，浦江学者、香江学者、东华大学励志人才计划。

致力于纳米材料的制备、结构和单体性能及器件研究。目前，总共在Prog. Mater. Sci.、JACS、Adv. Mater.等学术期刊发表SCI论文110余篇，文章被引用超过4000次，H-index:33，单篇最高引用次数为300余次，引用次数超过50次的文章有10余篇。

第一和通讯作者发表SCI论文60余篇，其中影响因子>8的有20余篇，包括Acc. Chem. Res.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Mater.、Nano Lett.、NPG Asia Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Small等。授权专利10余项。

发表在Nature 出版集团旗下学术期刊NPG Asia Materials上文章被选为该期刊在Nature出版集团期刊中的Key Highlights文章；1篇文章被选为“JMC A Top Picks web collection: Advances in supercapacitors (20 articles in 2013-2016)”；1篇文章被选为“The 30 most accessed articles in Journal of Materials Chemistry A in 2014”；1篇文章被选为“The top 100 cited Scientific Reports articles in 2015”；10多篇文章发表后入选ISI“Highly Cited Papers”；8篇选为该期刊封面文章，10多篇文章发表后入选该杂志的热点和Top Ten下载文章。获得包括国家自然基金、上海市自然基金，中国博后等项目资助，获得包括“上海市青少年科技创新市长奖”提名奖、上海市优秀博士生学位论文和上海市优秀毕业生学等多项奖励和荣誉。

胡俊青，教授，东华大学材料学院博士生导师

担任Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.,Small, Chem.-Eur. J., Chem. Mater., Chem. Commun., Appl. Phys. Lett.等国际著名刊物特约审稿人和仲裁审稿人，美国材料学会、美国电镜学会、美国电化学学会、日本电镜学会会员等。2008年教育部“新世纪优秀人才支持计划”; 2008年上海市“曙光学者”; 2009年上海市“浦江人才计划”; 2004年日本国家材料科学研究所，国际青年科学家中心（ICYS），Independent Research Fellow; 2002年日本科学振兴学会（JSPS）博士后奖学金。申请日本专利21项，其中11项专利已经授权：与日本国家材料科学研究所、悉尼大学、新加坡国立大学、香港城市大学、香港中文大学、台湾清华大学、麻省理工学院等国际著名研究机构进行广泛的学术交流和合作。先后参加国际学术会议20余次，其中大会特邀报告6次

刘倩，博士，东华大学理学院讲师

2010.09-2015.06 东华大学，材料科学与工程学院，博士学位（硕博连读）。2015.09-至今东华大学，理学院，讲师。研究方向为纳米材料单体的原位性能研究