【纳米】氮掺杂碳纳米管包覆二硫化钴的杂化中空框架结构的构筑及其应用- 大数跨境

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2017-06-01

导读：新加坡南洋理工大学的于乐博士和楼雄文教授将上述两种策略进行了优势整合，提出了基于钴基金属有机框架ZIF-67的自模板法实现氮掺杂碳纳米管包覆二硫化钴的杂化中空框架结构（CoS2/NCNTF）的构筑。

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为了满足社会对高能量密度和长寿命锂离子电池的迫切需求，研究人员致力于开发新型高性能的电池负极材料。过渡金属硫族化合物由于具有更高的储锂容量与导电性能，得到了广大研究者的青睐。但这类材料普遍面临着充放电过程中体积变化大而导致电极结构破坏与容量快速衰减。近些年的研究发现，使用金属硫化物中空微/纳米结构，或者将金属硫化物与碳基材料复合，可为解决上述问题提供有效的途径。反复充放电过程中由锂离子嵌入/脱出或者表面法拉第反应会产生结构应力，所得到的中空结构或者碳基复合结构可以对其有效缓解，维持电极稳定性，从而提高其循环稳定，而与碳基材料复合还可以大幅度改善复合材料的导电性，提升其倍率性能。

近日，新加坡南洋理工大学的于乐博士和楼雄文教授将上述两种策略进行了优势整合，提出了基于钴基金属有机框架ZIF-67的自模板法实现氮掺杂碳纳米管包覆二硫化钴的杂化中空框架结构（CoS₂/NCNTF）的构筑。研究团队首先将ZIF-67多面体单晶在惰性气体保护下通过高温裂解得到氮掺杂碳纳米管包覆钴纳米晶的杂化中空框架结构。再将此结构与硫粉混合，并在高温下硫化，进一步将钴纳米晶转化为二硫化钴纳米颗粒。不同于以往的硫化物-碳基复合材料，此方法所得到的碳纳米管框架材料具有较高的石墨化程度和较多的电化学活性位点，更有利于提高复合结构的导电性，提升复合材料电化学性能。作为潜在的锂离子负极材料，所得到的这种复合结构同时继承了中空结构和碳基复合材料的结构优势。电池测试结果显示制备的CoS₂/NCNTF中空复合结构在1.0 A•g^-1的电流密度下经历160次充放电循环后，放电容量仍可保持在937 mA•h•g^-1，展现了卓越的锂电存储性能。