武大顾栋AM: 用于增强储钠的介孔单层过渡金属硫化物/碳复合材料

过渡金属硫化物具有丰富的活性位点、大的层间空间和高的理论容量，尤其是对钠的存储，是很有前途的电化学储能材料。然而，高电流密度下的低电导率和循环稳定性差阻碍了其应用。

有鉴于此，武汉大学顾栋教授等人报告了一种以SBA-15-P123作为模板制备单层介孔过渡金属硫化物/碳复合材料的通用双模板策略。介孔结构的SiO₂骨架提供了一个密闭空间，以防止金属硫化物在通道外生长，而Pluronic P123聚合物作为基底促进高度分散的金属硫化物前体并作为碳源。双模板策略避免了使用额外的碳源和有毒的硫源（如S和H₂S），从而实现了一个环保且可控的过程。

该有序介孔单层MoS₂/碳复合材料具有高比表面积（237 m² g^-1）、均匀孔径、大孔体积以及高达80 wt%的MoS₂负载，其中单层MoS₂被限制在碳基底中，复合纳米棒之间的介孔提供了快速的电解液离子扩散。

图1. 有序介孔单层MoS₂/碳复合材料的合成与表征

因此，所获得的纳米复合材料具有高储钠能力、优异的倍率容量和非常好的循环性能，在5.0 A g^-1的电流密度下2500次循环后保持310 mAh g^-1的容量。

此外，由MoS₂/碳复合负极和Na₃V₂(PO₄)₃ (NVP) 正极组成的钠离子(SIB) 全电池在1.0 A g^-1下100次循环期间保持了330 mAh g^-1的比容量。作者通过原位和非原位表征以及DFT计算探讨了该材料的储钠机制。

此外，该方法也适用于合成其他二维金属硫化物/碳复合材料（如WS₂和ReS₂），且具有其他潜在的应用，例如能量存储、催化、生物医学和传感器等。

图2. 钠离子全电池的电化学性能

Versatile Preparation of Mesoporous Single-Layered Transition-Metal Sulfide/Carbon Composites for Enhanced Sodium Storage, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104427

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