钠与锂同属一个主族，并且在自然界中含量非常丰富，因此钠离子电池（NIBs）引起了越来越多的关注。但是Na离子半径(1.02 Å)和还原电位(-2.71 V)均大于Li离子(0.76 Å和-3.04 V) 。这种区别导致典型的商用锂离子电池石墨负极由于其层间距小，不适合用于钠离子存储。因此，研制新型的NIBs负极材料具有重要意义。
基于此，广东工业大学闵永刚教授和仲恺农业工程学院廖松义博士在ChemElectroChem期刊上发表题为“Synthesis of MoS2N-MXene/C heterogeneous nanosheets andits enhanced pseudocapacitance effects for NIBs”的研究性文章。该研究通过将MoS2锚定在含碳涂层的氮掺杂MXene纳米片上(缩写为MoS2@N-MXene/C，如图1)，获得具有优异电化学性能的NIBs负极材料。采用XRD、XPS和SEM/TEM对MoS2@N-MXene/C的结构、表面化学状态和微观形貌进行了详细的分析和表征。结果表明，MoS2负载在N-MXene上形成了均匀的纳米片异质结构。当应用于NIBs负极时，MoS2@N-MXene/C在4 A/g时展现约189 mAh/g，在0.5 A/g循环300次后保持约308 mAh/g（如图2）。此外，根据CV曲线的模拟和计算，MoS2@N-MXene/C的优异的电化学性能因归因于其超高的赝电容贡献率(在2 mV/s扫描速率下赝电容贡献率为84.5%，如图3)。
图1 MoS2@N-MXene/C复合材料的合成原理图 图2 MoS2@N-MXene/C复合材料a）循环伏安曲线，b）循环过程中充放电曲线c） 倍率性能及其相应的d）充放电曲线和MoS2@N-MXene/C和MoS2@MXene/C的e）长期循环性能和f）EIS图谱对比 图3 a）的CV曲线MoS2@N-MXene/C，扫描速率逐渐增加；b） 拟合后ln（峰值电流）与ln（扫描速率）的关系图；c） 在逐渐增加的扫描速率（从0.2到2.0 mV/s）下的赝电容贡献；d） 扫描速率为2.0 mV/s时的CV曲线，阴影区域显示了赝电容贡献 MoS2@N-MXene/C异构纳米片成功合成并应用于NIBs负极中。由于N原子掺杂到MXene中，MXene的比表面积、形貌和导电性都有了很大的提高。当与MoS2复合时，得到具有分层的二维纳米片复合结构的MoS2@N-MXene/C。采用XRD、SEM、TEM和XPS对MoS2@N-MXene/C的结构、表面化学状态和微观形貌进行了表征。此外，MoS2@N-MXene/C负极在0.5 A/g循环300次后仍保持在~308 mAh/g，在4 A/g时表现出优异的倍率性能：~189 mAh/g。EIS结果表明，MoS2@N-MXene/C复合材料比MoS2@MXene/C具有较低的电荷转移电阻。根据CV曲线模拟，在2 mV/s扫描速率下，MoS2@N-MXene/C异质纳米片具有84.5%的伪电容效应。MoS2@N-MXene/C优异的电化学性能应归功于高导电性的N-MXene和其上锚定的MoS2共同形成了有效的电荷转移和离子扩散通道。因此，这项工作为未来NIBs负极的发展提供一些借鉴。 论文信息 Synthesis of MoS2@N-MXene/C Heterogeneous Nanosheets and its Enhanced Pseudocapacitance Effects for NIBs Wei-Xiang Cheng, Yi-Zhao Chen, Song-Yi Liao, Jun-Qi Hu, Cun-Sheng Liu, Shuai-Fu Cui, Xing-Wen Huang, Prof. Yidong Liu, Prof. Yonggang Min 本文第一作者为广东工业大学硕士生成伟翔 ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200715
