【导言】

跟着充电机充电锂离子蓄电池的使用规划不断扩大，锂资源的耗竭及锂价格的攀升促进人类活跃寻觅相应的替代品。充电机充电钠离子蓄电池作为充电机充电锂离子蓄电池理想的替代品，近年来的研讨热度不断攀升。然而与锂离子比较，钠离子的原子半径及配位数更大，在电解质溶液中分散时遭到的阻力更大，所以怎么经过规划电极结构到达促进钠离子传质的目的，然后提高充电机充电钠离子蓄电池的比容量、倍率功能及循环稳定性就成了充电机充电钠离子蓄电池研讨作业中的要点问题。

2H MoS2由于具有高的理论容量（670 mAh g-1）而成为倍受研讨的充电机充电钠离子蓄电池负极资料。但2H MoS2归于半导体，其直接带隙为1.9 eV，故本征导电性差。此外，2H MoS2在充电机充电蓄电池充放电进程中存在结构粉化及颗粒聚会的问题，使充电机充电钠离子蓄电池的倍率功能及循环稳定性随循环充电机充电蓄电池充放电进程不断下降。与2H MoS2比较，1T MoS2由于晶体结构中的姜-泰勒效应而呈现出金属性，具有远高于2H MoS2的电子导电性，有助于电子搬运进程，而其外表的亲水性有用的有助于钠离子从电解质溶液体相分散到MoS2外表。根据上述优势，1T MoS2是比2H MoS2更好的充电机充电钠离子蓄电池负极资料。然而，由于制备1T MoS2的传统办法要用到易燃的正丁基锂等插层分子，其制备办法一向没有取得打破，使用遭到极大的约束。

【效果简介】

近来，美国东北大学的祝红丽副教授（通讯作者）在Adv. Funct. Mater.上宣布了一篇名为“Freestanding Metallic 1T MoS2 with Dual Ion Diffusion Paths as High Rate Anode for Sodium-Ion Batteries”的文章。在这项作业中，研讨人员初次用水热法在空心三维石墨烯泡沫的表里外表上原位组成了1T MoS2，构成1T MoS2/石墨烯/ MoS2三明治结构，并把它作为充电机充电钠离子蓄电池的负极，测验了相应的电化学功能。制得的1T MoS2/石墨烯/ MoS2三明治结构具有下列优势：(1)为钠离子的分散供给了两种通道；(2) 以空芯的三维石墨烯泡沫为基底提高了活性物质的面负载量；(3)由三维石墨烯泡沫负载MoS2构成的系统具有优异的机械稳定性，无需增加粘结剂和导电剂。经循环充电机充电蓄电池充放电测验，当电流密度为0.05 A g-1时1T MoS2/石墨烯/ MoS2负极在200次充电机充电蓄电池充放电后的可逆容量为313 mAh g-1。当电流密度为2 A g-1时其容量为175 mAh g-1。这项作业为1T MoS2在充电机充电钠离子蓄电池中的使用铺平了路途。

【图文导读】

1. 1T MoS2/石墨烯/ MoS2三明治结构的制备进程

(a-d) 1T MoS2/石墨烯/ MoS2三明治结构的制备进程：先用化学气相堆积（CVD）办法在泡沫镍上堆积一层石墨烯，再用FeCl3刻蚀除去泡沫镍，得到通明空心的三维石墨烯泡沫，最终用水热法在三维石墨烯泡沫的表里外表上成长1T MoS2。

(e) 用水热法在三维石墨烯泡沫上成长1T MoS2的示意图（图中红点和绿点别离表明硫代乙酰胺和MoO3）。

(f) 1T MoS2/石墨烯/ MoS2三明治结构能够静置在蒲公英上，表明系统的密度很小。  

图. 1T MoS2/石墨烯/ MoS2的化学成分及结构表征

(a) Mo 3d的XPS谱。

(b) S 2p的XPS谱。

(c) 1T MoS2/石墨烯/ MoS2的拉曼光谱。

(a) 1T MoS2/石墨烯/ MoS2的XRD。

3. 1T MoS2/石墨烯/ MoS2的SEM图

(a) 三维石墨烯泡沫。

(b,c) 表里外表均负载有1T MoS2的石墨烯管。

(d) 石墨烯管外外表的1T MoS2。

(e) 石墨烯管表里表的1T MoS2。

(f) 一根石墨烯管的截面图。

4. 1T MoS2/石墨烯/ MoS2的HRTEM图

(a,b) 低倍HRTEM图，可见石墨烯管外表负载了高密度的1T MoS2。

(c) 1T MoS2的高倍HRTEM图。

(d) 1T MoS2的选区电子衍射谱。

5. 1T MoS2/石墨烯/ MoS2的电化学功能测验

(a) 电流密度为50 mA g-1时循环充电机充电蓄电池充放电次数别离为1，10，30，80次的充电机充电蓄电池充放电曲线。由图可知初次库伦功率为64%；只要初次放电时才干观测到0.8 V vs. Na+/Na的电压渠道，其余充电机充电蓄电池充放电进程都没有，这是由于初次放电构成SEI膜时有机电解质发作复原反响而分化；在随后的充电机充电蓄电池充放电进程中，能观察到1.6 V vs. Na+/Na的充电渠道和1.8 V vs. Na+/Na的充电渠道，别离对应钠离子的可逆嵌入和脱嵌进程。

(b) 循环伏安曲线（扫描电压区间为0.01~3.0V vs. Na+/Na，扫描速度为0.1 mV s-1）。由图可见在1.7V vs. Na+/Na有强的氧化复原峰，在0.8V vs. Na+/Na有弱的复原峰，这与图5(a)中的充电机充电蓄电池充放电渠道一致。跟着扫描次数的增加，氧化复原峰的峰位和峰高简直不变，阐明系统的循环可逆性好。

(c) 电流密度为50 mA g-1时三维石墨烯泡沫和1T MoS2/石墨烯/MoS2的放电比容量和库伦功率随循环充电机充电蓄电池充放电次数的改变。由图可见1T MoS2/石墨烯/ MoS2的初次放电比容量为630 mAh g-1，循环充电机充电蓄电池充放电10次时放电比容量降为340 mAh g-1，循环充电机充电蓄电池充放电200次今后放电比容量稳定在313 mAh g-1。库伦功率为99%，阐明循环充电机充电蓄电池充放电进程中简直没有副反响发作。石墨烯的层距离只要0.34 nm，不能容纳钠离子，对容量没有奉献。

(d) 充电机充电蓄电池充放电倍率为0.05C~2C时的倍率功能。当电流密度别离为0.5，0.8，1.0，1.5，2.0 A g-1时，可逆容量别离为241，222，208，190，175 mAh g-1。当电流密度骤降到0.05 A g-1时，可逆容量为313 mAh g-1。

(e) 循环充电机充电蓄电池充放电次数别离为0，5，10，100次时的电化学阻抗谱，均为彻底放电状态下测得。由图可见1T MoS2/石墨烯/ MoS2的欧姆阻抗接近于0，这是由于1T MoS2和石墨烯都是好的电子导体。跟着循环次数增加，电极资料逐步被电解质溶液潮湿，电荷搬运阻抗逐步下降并在循环10次后稳定在600Ω。经过比较Nyquist图的斜率可知离子分散到达稳态。

【小结】

这项作业初次研讨了1T MoS2作为室温充电机充电钠离子蓄电池负极资料的电化学功能。经过水热法在空心三维石墨烯泡沫的表里外表上原位组成1T MoS2，构成的1T MoS2/石墨烯/ MoS2三明治结构具有以下优势：(1) 1T MoS2的低电阻率使其在高电流密度下能坚持高的比容量和循环稳定性；(2) 三维石墨烯泡沫不仅能避免1T MoS2颗粒在循环充电机充电蓄电池充放电进程中发作聚会，还具有低的电阻率，有利于电子传递并坚持较好的的循环稳定性；(3) 空心的三维结构增大了电极和电解质溶液的接触面积，缩短了离子分散距离，提高了倍率功能；(4) 无需任何增加剂，能高效使用活性电极资料。将该三明治结构作为充电机充电钠离子蓄电池负极，具有比2H MoS2负极更好的倍率功能和循环稳定性，在电流密度为2 A g-1时可逆容量为175 mAh g-1，而当电流密度为0.05 A g-1时可逆容量为313 mAh g-1。这种在三维空心结构上负载二维层状纳米资料的办法能够推广到许多储能资料的制备中去。

【文献信息】

Freestanding Metallic 1T MoS2 with Dual Ion Diffusion Paths as High Rate Anode for Sodium-Ion Batteries (Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201702998)