鑲嵌單層MoS2的生物質(zhì)基硼氮共摻雜碳納米片合成與儲(chǔ)鈉性能

張毅舟，吳秈虹，王治宇，邱介山，2

（1大連理工大學(xué)化工學(xué)院，精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116024；2北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，北京 100029）

引 言

發(fā)展高性能的清潔電能存儲(chǔ)技術(shù)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)、改善生態(tài)環(huán)境、緩解能源危機(jī)的重大戰(zhàn)略需求。鋰離子電池兼具服役壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電率低、綠色環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，是綜合性能最好的儲(chǔ)能與動(dòng)力電池體系之一[1]。但是鋰資源70%分布在南美洲，我國(guó)80%鋰資源依賴進(jìn)口，且全球鋰儲(chǔ)量少、提煉難等問題，大大限制了鋰離子電池的規(guī)?；瘧?yīng)用[2]。與鋰相比，鈉資源儲(chǔ)量豐富、分布廣泛、成本低廉，特別適用于大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用。鈉離子電池工作原理和電池構(gòu)造與鋰離子電池相似，可兼容鋰離子電池現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)方案，且具有較好的功率特性、寬溫區(qū)適應(yīng)性與安全性能，近年來(lái)備受關(guān)注。但受制于鈉較大的離子半徑(0.102 nm)，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的石墨負(fù)極材料在碳酸酯類電解液中幾乎沒有儲(chǔ)鈉能力[3]，開發(fā)高容量、長(zhǎng)壽命的新型鈉離子電池負(fù)極材料成為高性能鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一[4-7]。

在諸多鈉離子電池負(fù)極材料中，過渡金屬硫化物因其高理論比容量、來(lái)源豐富等優(yōu)勢(shì)吸引了廣泛關(guān)注[8-10]。其中，MoS2由于其類石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)、可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)與優(yōu)異的穩(wěn)定性，是極具前景的鈉離子電池負(fù)極材料[11-16]。近年來(lái)，研究者基于水熱、機(jī)械/化學(xué)剝離、化學(xué)氣相沉積、三維組裝、前驅(qū)結(jié)構(gòu)化學(xué)轉(zhuǎn)化等策略，發(fā)展了多尺度MoS2納米陣列、微納中空結(jié)構(gòu)、氣凝膠、薄膜等多種功能材料及其與碳、聚合物、金屬化合物等的復(fù)合結(jié)構(gòu)[16]。在鈉離子電池中，MoS2的高比容量來(lái)源于其多電子轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制，這一過程同時(shí)也使電極材料在電化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生較大的體積變化，造成電極粉化與快速失效，深度放電產(chǎn)生的多硫化物在電解液中的溶解流失也降低了電極可逆性與循環(huán)壽命。此外，MoS2的電學(xué)性質(zhì)各向異性且高度依賴于其維度特征，在c軸方向過高的電子轉(zhuǎn)移電阻限制了其電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。發(fā)展具有大比表面積、高度暴露活性邊緣位點(diǎn)與更短的離子/電子傳輸距離的單層或少層結(jié)構(gòu)的MoS2是解決這一問題的有效手段[17-20]。但單層或少層MoS2低電導(dǎo)率、極易團(tuán)聚堆疊等缺點(diǎn)極大限制了其本征電化學(xué)活性的發(fā)揮與儲(chǔ)鈉應(yīng)用潛力[21-24]。

生物質(zhì)是一類具有復(fù)雜化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)尺度、廣泛存在的廉價(jià)碳源。利用草本植物、木材、多糖、纖維素、海藻等生物質(zhì)材料作為前體，研究者通過煅燒炭化、高溫發(fā)泡等方法發(fā)展了具有不同化學(xué)組成與微觀結(jié)構(gòu)的微納結(jié)構(gòu)碳材料，并利用生物質(zhì)天然大分子結(jié)構(gòu)富含的含O、N、S等元素官能團(tuán)的化學(xué)轉(zhuǎn)化，在碳材料微觀結(jié)構(gòu)中引入大量拓?fù)淙毕菸慌c化學(xué)活性位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)碳材料本征電化學(xué)性質(zhì)的精細(xì)調(diào)控，所得電極材料在鋰/鈉離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等領(lǐng)域均表現(xiàn)出了優(yōu)異的性質(zhì)[25]。我國(guó)可再生生物質(zhì)等廉價(jià)天然資源豐富，其潔凈高效和高附加值利用是備受關(guān)注的重大前沿課題。本文提出使用廉價(jià)的可再生生物質(zhì)為碳源與氮源前體，四硫代鉬酸銨(ammonium tetrathiomolybdate,ATM)為鉬與硫源前體，具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的硼酸為硼源和可回收二維結(jié)構(gòu)模板，基于明膠分子在二維層狀硼酸晶體模板表面的自組裝與ATM的原位轉(zhuǎn)化過程，建立了一種鑲嵌單層MoS2的硼氮共摻雜二維納米碳復(fù)合結(jié)構(gòu)(SL-MoS2/BNC)構(gòu)筑新策略。此類二維復(fù)合結(jié)構(gòu)中，MoS2以單層納米片的形態(tài)均勻分散于硼氮共摻雜超薄納米碳片中，應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、儲(chǔ)鈉容量及荷質(zhì)傳輸動(dòng)力學(xué)速率。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

硼酸(99.5%，上海麥克林生化科技有限公司)；明膠(99%，上海麥克林生化科技有限公司)；四硫代鉬酸銨[99.9 5%，阿拉丁試劑(上海)有限公司]。

1.2 材料制備

實(shí)驗(yàn)中采用分析純級(jí)藥品為試劑原料。具體制備過程如下：在85℃水浴中將20g硼酸、2g明膠、2g ATM充分溶解于200ml去離子水中形成混合溶液。待水分完全蒸干后，將固體產(chǎn)物收集并充分干燥12h后，在N2保護(hù)下于900℃煅燒1h，升溫速率為5℃·min-1。將獲得的產(chǎn)物回流1.5 h以去除硼酸模板，離心洗滌烘干得到黑色粉末，冷凍干燥后即可獲得SL-MoS2/BNC粉體材料。作為對(duì)比樣品的硼氮共摻雜碳納米片(BNC)制備過程同上，只需不加入ATM。作為對(duì)比樣品的MoS2粉體材料由直接將ATM在N2保護(hù)下以相同溫度與升溫速率煅燒1h得到。

1.3 材料表征

使用美國(guó)FEI NOVA NanoSEM450場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(field-emission scanning electron microscopy,FESEM)、德國(guó)Zeiss Supra50VP掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy,SEM)及美國(guó)FEI Tecnai G220透射電子顯微鏡(transmission electron microscopy,TEM)分析材料形貌結(jié)構(gòu)。使用掃描電子顯微鏡配備的能量散射X射線光譜分析儀(energy-dispersive X-ray spectrometer,EDS)分析材料化學(xué)組成。使用Park System XE-70原子力顯微鏡(atomic force microscopy,AFM)分析材料厚度。使用美國(guó)Micrometrics ASAP2020物理吸附儀分析材料的孔隙結(jié)構(gòu)。使用日本Ricoh D/max-2400粉 末X射 線 衍 射 儀(X-ray spectrometer,XRD)研究材料的物相結(jié)構(gòu)。使用Thermo Fisher ESCALAB250型X射線光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectrometer,XPS)研究材料表面性質(zhì)與結(jié)構(gòu)組成。使用美國(guó)Thermo Fisher DXR激光拉曼光譜儀(Raman spectroscopy,Raman)分析材料的微觀結(jié)構(gòu)，激發(fā)波長(zhǎng)為532nm。使用Mettler Toledo 8510e型熱重分析儀(thermal gravimetric analyzer,TGA)、德國(guó)Elementar Vario ELⅢ型元素分析儀與美國(guó)Optima2000DV型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析儀(ICP-OES)分析材料的化學(xué)組成。使用ST2722型粉末電阻率測(cè)試儀測(cè)試樣品電導(dǎo)率。

1.4 電池組裝與電化學(xué)性能測(cè)試

1.4.1 鈉離子電池制備 本文中組裝的鈉離子電池均為半電池，采用CR2016紐扣電池進(jìn)行測(cè)試。將活性物質(zhì)(SL-MoS2/BNC、BNC或塊狀MoS2)、導(dǎo)電炭黑和聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)黏結(jié)劑按7∶2∶1的質(zhì)量比混合均勻，然后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone,NMP)形成均勻漿料，將其均勻涂布在銅箔上，在80℃真空干燥后，裁剪成直徑14mm的圓片作為工作電極，活性物質(zhì)在極片上的面載量為1.5 ～2mg·cm-2。使用直徑16mm的金屬鈉片作為對(duì)電極及參比電極，玻璃纖維膜作為隔膜。電解液為溶解有1mol·L-1高氯酸鈉的碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(ethylene carbonate/diethyl carbonate,EC/DEC)溶液，其中EC/DEC的體積比為1∶1。電池組裝在充滿Ar的手套箱中進(jìn)行。組裝好的電池在室溫下開路靜置12h后進(jìn)行測(cè)試。1.4.2 電池性能測(cè)試 恒流充放電測(cè)試采用CT2001藍(lán)電測(cè)試儀，電壓區(qū)間為0.01 ～3.0 V，電流密度范圍為0.1 ～20.0 A·g-1。循環(huán)伏安(CV)測(cè)試采用CHI760D電化學(xué)工作站，電壓區(qū)間為0.01 ～3.0 V，掃描速度為0.1mV·s-1。電化學(xué)阻抗(EIS)測(cè)試采用IVIUM Vertex.C.EIS電化學(xué)工作站，測(cè)試電壓為開路電壓，頻率范圍為105～0.01 Hz，擾動(dòng)振幅為5mV。

2 結(jié)果與討論

2.1 電極材料的結(jié)構(gòu)表征

SL-MoS2/BNC的合成基于溶解有ATM的明膠在層狀結(jié)構(gòu)硼酸晶體表面的吸附、二維自組裝與熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程[26]。此過程中，通過明膠中氨基酸分子與Mo原子之間的化學(xué)配位維持ATM分子在溶劑蒸發(fā)過程中的高度均勻分散狀態(tài)，并通過化學(xué)錨定作用實(shí)現(xiàn)煅燒過程中單層MoS2的形成及其在碳基體中的均勻分布。同時(shí)，利用硼酸模板與富氮明膠在煅燒過程中的分解與原子熱遷移效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米片的硼氮共摻雜。此工藝全程以水為溶劑，通過后續(xù)回流與重結(jié)晶過程可實(shí)現(xiàn)模板劑回收利用，可實(shí)現(xiàn)綠色閉環(huán)生產(chǎn)。SL-MoS2/BNC在宏觀上表現(xiàn)為黑色粉末。圖1（a）是其掃描電子顯微鏡照片，表明了高純度二維納米片結(jié)構(gòu)的生成。元素分布譜圖表明其中均勻分布C、B、N和Mo元素[圖1(b)]。將SL-MoS2/BNC納米片置于多孔陽(yáng)極氧化鋁(anodic aluminum oxide,AAO)膜之上時(shí)，AAO膜的孔洞仍然隱約可見，表明此類納米片具有極薄的厚度[圖1(c)]。此外，此類納米片具有很好的柔性，發(fā)生卷曲而無(wú)斷裂。原子力顯微鏡(AFM)分析證實(shí)SL-MoS2/BNC納米片的厚度約為7nm[圖1(d)]。高倍透射電子顯微鏡表明碳納米片中鑲嵌有高密度的單層MoS2納米片，其厚度約0.4 nm，接近MoS2中兩硫元素層之間的距離[12][圖1(e)]。碳納米片自身則由短程有序石墨結(jié)構(gòu)組成[圖1(f)]。

圖1 SL-MoS2/BNC的形貌結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure and morphology of SL-MoS2/BNC

X射線衍射分析(XRD)表明，回流可以高效除去硼酸高溫分解生成的氧化硼(圖2)從而形成高純度的SL-MoS2/BNC材料。XRD譜圖中位于33°及59°的衍射峰分別對(duì)應(yīng)于MoS2的(100)及(110)晶面(JCPDS37-1492)；位于26°的寬峰來(lái)源于明膠炭化形成的短程有序碳結(jié)構(gòu)。與塊狀MoS2相比，其(002)峰強(qiáng)度在SL-MoS2/BNC中極大降低，表明了單層MoS2的形成，與HRTEM結(jié)果一致[12,27]。

圖2 SL-MoS2/BNC用沸水洗滌前后以及塊狀MoS2的XRD譜圖Fig.2 XRD patterns of SL-MoS2/BNC before and after refluxing in boiling water and bulk MoS2

圖3(a)為SL-MoS2/BNC材料的XPS全譜圖，表明其中含有Mo、S、C、N和B元素。高分辨C1s XPS譜圖表明C原子主要以sp2C及C—O、C—O—B、C—N等形式存在[圖3(b)]。B1s XPS譜圖表明B原子主要通過與C原子或N原子相結(jié)合的方式存在于SL-MoS2/BNC復(fù)合結(jié)構(gòu)中[圖3(c)][28]。N1s譜圖顯示N原子主要以吡啶N及C—N—B的結(jié)合方式存在于復(fù)合結(jié)構(gòu)中[圖3(d)][29]。高分辨率Mo3d XPS譜中，在結(jié)合能229.3 和232.5 eV處存在兩個(gè)特征峰，分別對(duì)應(yīng)于MoS2中Mo4+3d軌道分裂形成的3d5/2和3d3/2峰[圖3(e)]，S2-的2p軌道分裂則形成位于162.1 及163.0 eV的兩個(gè)2p3/2和2p1/2峰[圖3(f)]，從而證實(shí)了SL-MoS2/BNC材料中MoS2相的形成，與XRD分析結(jié)果一致。樣品中高含量的O可能來(lái)自明膠中的蛋白質(zhì)等含氧有機(jī)物種及樣品在空氣中的吸附氧。

圖3 SL-MoS2/BNC的XPS譜圖Fig.3 XPS spectra of SL-MoS2/BNC

圖4(a)是SL-MoS2/BNC材料的拉曼光譜圖，在波數(shù)386、408、1370和1605cm-1處出現(xiàn)明顯的拉曼吸收峰。其中波數(shù)為386和408cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于MoS2的E2g1與A1g模[30]；波數(shù)1605和1370cm-1附近的吸收峰分別是由芳香碳構(gòu)型伸縮振動(dòng)(G模)和無(wú)序缺陷碳結(jié)構(gòu)(D模)引起的[31]，D模與G模的強(qiáng)度比為0.92，表明碳納米片主要由無(wú)序碳結(jié)構(gòu)組成。N2吸附分析表明SL-MoS2/BNC材料具有介孔結(jié)構(gòu)[圖4(b)]，其BET比表面積為240.1 5m2·g-1，孔容為0.031 cm3·g-1,孔徑分布在2～10nm，具有介孔結(jié)構(gòu)?？紫吨饕葾TM與明膠高溫煅燒產(chǎn)生的氣體溢出導(dǎo)致。為得到SL-MoS2/BNC復(fù)合材料中各組分的含量，對(duì)其進(jìn)行了熱重分析(TGA)與元素分析測(cè)試。TGA結(jié)果表明MoS2在SL-MoS2/BNC材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%[圖4(d)][32]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)分析測(cè)試表明B在SL-MoS2/BNC中含量為2.7 5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；元素分析表明N在SL-MoS2/BNC中含量為2.6 4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

圖4 SL-MoS2/BNC的拉曼譜圖（a）、N2吸附-脫附等溫線（b）、孔徑分布（c）和熱重曲線（d）Fig.4 Raman spectrum（a）,N2adsorption-desorption isotherm（b）,pores size distribution（c）and TGA curve（d）of SL-MoS2/BNC

2.2 電化學(xué)性能測(cè)試

圖5（b）為SL-MoS2/BNC電極在0.1 A·g-1電流密度的充放電曲線，電壓窗口為0.01 ～3.0 V。其首次放電容量為1105mAh·g-1，充電容量為553mAh·g-1。其中大約50%的不可逆容量損失是由材料及電解液表面SEI膜形成及不可逆電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的，與CV結(jié)果一致。在0.5 A·g-1電流密度下，SL-MoS2/BNC電極可穩(wěn)定循環(huán)100次，容量從480mAh·g-1逐漸升至540mAh·g-1，并保持近100%的庫(kù)侖效率，具有優(yōu)異的可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性[圖5(c)]。此過程中，儲(chǔ)鈉容量隨循環(huán)次數(shù)增加而逐漸上升的現(xiàn)象可歸結(jié)于多種原因，主要包括：(1)電解質(zhì)分解形成有機(jī)高分子/凝膠狀層;(2)電極表面贗電容行為;(3)MoS2在循環(huán)過程中的不斷活化[1,38]。

在2A·g-1和5A·g-1的大電流密度下，SL-MoS2/BNC電極循環(huán)200次后，其比容量仍能保持85%以上[圖5(d)]。在相同條件下，BNC由于缺少活性材料MoS2，容量大幅降低。而對(duì)于塊狀MoS2，其較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與緩慢的儲(chǔ)鈉動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致容量快速衰減，在2A·g-1電流密度以上幾近失效。倍率性能也是評(píng)價(jià)電極材料電化學(xué)性能的重要指標(biāo)。如圖5（e）所示，在0.1 、0.2 、0.5 、1.0 、2.0 、5.0 、8.0 和10.0 A·g-1的電流密度下，SL-MoS2/BNC電極的比容量分別為550、540、500、450、410、360、330和305mAh·g-1。當(dāng)電流密度再度降至0.1 A·g-1時(shí)，其比容量可恢復(fù)到560mAh·g-1，表明SL-MoS2/BNC電極在快速變化的電流密度下仍具有優(yōu)異的穩(wěn)定性與電化學(xué)可逆性。

圖5（f）為SL-MoS2/BNC、BNC和MoS2電極的阻抗譜圖(EIS)。SL-MoS2/BNC與BNC電極的EIS譜圖均由與實(shí)軸(Z′)呈一定角度的低頻斜線組成，而MoS2電極的譜圖則除低頻斜線外，還包括顯著的高/中頻段半弧形曲線。高/中頻段的弧形曲線與SEI膜阻抗(Rf)及電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)相關(guān)，低頻段的斜線則主要體現(xiàn)鋰離子的擴(kuò)散阻抗(W)。由圖可見，SLMoS2/BNC與BNC電極因二維碳結(jié)構(gòu)的存在，表現(xiàn)出遠(yuǎn)低于MoS2電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻，相較于MoS2電極更大的低頻斜線斜率則進(jìn)一步表明其較小的鋰離子擴(kuò)散阻抗。其中BNC因其優(yōu)異的導(dǎo)電性，具有最小的電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct=82Ω)；負(fù)載MoS2后，SLMoS2/BNC的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct增加至151Ω，但仍遠(yuǎn)低于MoS2電極(Rct=3065Ω)。以上結(jié)果表明，碳結(jié)構(gòu)的存在可以有效增加材料的導(dǎo)電性，降低界面電荷轉(zhuǎn)移電阻，利于實(shí)現(xiàn)快速的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖5 SL-MoS2/BNC的儲(chǔ)鈉電化學(xué)性能Fig.5 Electrochemical performance of SL-MoS2/BNC for Na+storage

利用不同電壓掃描速度(0.2 ～10mV·s-1)的循環(huán)伏安測(cè)試[圖6(a)]，進(jìn)一步研究了贗電容效應(yīng)對(duì)SLMoS2/BNC電極儲(chǔ)鈉性能的影響。循環(huán)伏安測(cè)試中，響應(yīng)電流(i)與掃描速度(v)之間存在如式(1)的關(guān)聯(lián)，其中k1、k2均為常數(shù)，k1v對(duì)應(yīng)贗電容控制過程，k2v1/2對(duì)應(yīng)擴(kuò)散控制過程。

圖6 SL-MoS2/BNC的贗電容行為Fig.6 Pseudocapacitive behavior of SL-MoS2/BNC

將式(1)左右兩端同時(shí)除以v1/2，則得到:

式(2)中i/v1/2與v1/2線性相關(guān)，且斜率為k1。通過計(jì)算不同電壓下的k1和k2，則可以獲得不同電壓掃描速度下的贗電容貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明SL-MoS2/BNC電極中存在顯著的贗電容效應(yīng)，且當(dāng)掃描速度從0.2mV·s-1升至10mV·s-1時(shí)，贗電容貢獻(xiàn)率從24%逐步上升到66%。贗電容效應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的儲(chǔ)鈉反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

SL-MoS2/BNC電極材料優(yōu)異的電化學(xué)活性與穩(wěn)定性主要?dú)w因于其多種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：(1)碳結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的高導(dǎo)電性(電導(dǎo)率：5.18 ×10-2S·cm-1)、低電荷轉(zhuǎn)移電阻與快速的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；(2)硼與氮元素在碳結(jié)構(gòu)中的摻雜利于增強(qiáng)短程有序碳結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性，同時(shí)可通過化學(xué)配位作用增強(qiáng)MoS2與碳基體的結(jié)合強(qiáng)度，從而增強(qiáng)二維復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和電子傳輸能力；(3)單層MoS2的形成進(jìn)一步降低電化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的能量壁壘，使其放電電壓遠(yuǎn)低于理論值(1.5 V)，并具有良好的反應(yīng)可逆性；(4)與多層MoS2相比，具有高度暴露表面結(jié)構(gòu)的單層MoS2更有利于較大離子半徑的Na+的界面存儲(chǔ)與快速插/脫嵌；(5)柔性碳基體可進(jìn)一步高效緩沖MoS2在循環(huán)過程中的體積變化，提高材料的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；(6)二維納米結(jié)構(gòu)的形成可有效拓展電極-電解質(zhì)界面、加速電解液與離子滲透。相對(duì)于零維納米顆?；蛞痪S納米線結(jié)構(gòu)，二維納米碳結(jié)構(gòu)更可提供連續(xù)的電子輸運(yùn)與傳導(dǎo)路徑。這些化學(xué)組成與材料結(jié)構(gòu)上的協(xié)同作用賦予SL-MoS2/BNC優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能。

3 結(jié) 論

本文發(fā)展了一種基于可再生生物質(zhì)的單層MoS2鑲嵌硼氮共摻雜超薄碳納米片的制備新策略。此類結(jié)構(gòu)中，單層MoS2提供了高儲(chǔ)鈉容量并顯著提升電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，二維碳納米結(jié)構(gòu)不僅提升了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，同時(shí)賦予其大比表面積、超短的離子傳輸距離與高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極材料時(shí)，此類復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高比容量、優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性?；诹畠r(jià)可再生生物質(zhì)的材料合成策略也為高性能、低成本鈉離子電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)構(gòu)筑提供了新的思路。