ACS Nano: 用于镁存储的分层纳米胶囊正极

可充电镁电池（RMB）因其高容量、低还原电位而引起广泛关注。然而，由于强静电相互作用，RMB目前缺乏匹配的主体材料来填补正极的作用以改善Mg²⁺的缓慢动力学。将电活性材料整合到碳质物质中的分层纳米复合材料对于解决后锂离子时代电池中电极材料结构稳定性和导电性问题具有重要意义。

在此，西北工业大学禚司飞教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef教授及王鹏教授等人开发出一种基于内部添加的骨架将掺杂Cu的 MoS₂（Cu-MoS₂）纳米花瓣封装在富含有机碳的H取代石墨二炔（HsGDY）纳米管中的分层纳米胶囊（Cu-MoS₂@HsGDY），并将其用作RMB正极材料。

值得注意的是，Cu在MoS₂中的掺入和内部自添加纳米盒的产生都是从Cu-半胱氨酸@HsGDY混合纳米线的双模板发展而来的。该合成涉及CuS@HsGDY中间体的两种形态/组成演变，两者都在一个连续过程中顺序发生。研究表明，这种纳米胶囊结合了HsGDY（具有良好的离子扩散）和Cu-MoS₂（具有扩展的中间层和增强的电导率）的优点。

图1. 中间体在连续过程中的形态/组成演变

此外，组织良好的中空纳米盒提供了许多内部添加的骨架来适应Cu-MoS₂的体积变化。具有高度共轭电子结构的刚性HsGDY涂层进一步用作电子传导通道，以提高其动力学活性和结构稳定性。当作为RMB正极材料进行评估时，它在50 mA g^-1下具有148.5 mAh g^-1的高可逆充电容量和出色的循环性能（200次循环后的容量保持率为104%）。

即使在0.5 A g^-1下，在300次循环后也可实现 85.5 mAh g^-1的高容量，这些结果表明该有机-无机纳米复合材料在Mg²⁺存储方面的优势。总之，该研究报道的双模板方法能够设计具有组织良好的几何形状和精心设计功能的分层纳米复合材料，以应对后锂离子电池时代技术的持续挑战。

图2. 基于Cu-MoS₂@HsGDY正极的RMB性能

Hierarchical Nanocapsules of Cu-Doped MoS₂@H-Substituted Graphdiyne for Magnesium Storage, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c09405

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