华东理工大学李春忠教授、江浩教授等人在还原氧化石墨烯表面制备了异质MoSe2/N掺杂碳纳米阵列作为KIBs负极材料，其在KIBs中具有良好的电化学可逆性。研究表明，原子间的重叠特性保证了在放电过程中形成了丰富的K2Se/N掺杂碳异质界面，可以有效调节K2Se的几何结构。与纯K2Se相比，K-Se键的长度被拉伸了3.9%，角度增大了19.2%，这已通过DFT计算和非原位XA)分析得到验证。良好的几何结构有效地削弱了K-Se键，进而促进了充电时Mo-Se键的再生。因此，在0.2 A g-1下循环200圈，纳米阵列的储钾容量高达402 mAh g-1，并在1.0 A g-1下循环1000圈后储钾容量仍高达307 mAh g-1，保持率达到90.5 %，是已知性能最佳的KIBs负极材料之一。相关工作以《Heterogeneous MoSe2/Nitrogen-Doped-Carbon Nanoarrays: Engineering Atomic Interface for Potassium-Ion Storage》为题在《Advanced Functional Materials》上发表论文。
图文导读
图1. DFT计算MoSe2在充电过程中的再生能力决定了电化学可逆性，而可逆性直接受到放电产物(K2Se)的配位环境的影响。根据DFT计算，结果表明，在Mo/N掺杂碳界面上，K2Se的K-Se键更容易随着MoSe2的形成而发生断裂。通过构建MoSe2/N掺杂碳异质结构，可以得到预期的K2Se/N掺杂碳界面。图2. MoSe2@C/rGO的制备与结构表征作者提出了聚二甲基二甲基铵(PDDA)辅助、在rGO上合成了MoSe2/N掺杂碳纳米阵列。首先用PDDA对带负电荷的氧化石墨烯纳米片进行修饰，接着吸附MoO42-和Se2-，使其富集在PDDA表面。随后发生MoSe2的成核和生长过程，形成MoSe2@PDDA/GO。经600℃碳化后，得到了具有丰富的MoSe2/C异质界面的MoSe2@C/rGO。图3. 电化学性能半电池测试表明，在0.2 A g‑条件下进行200次循环，MoSe2@C/rGO的储钾容量仍达到了402 mAh g-1。在1.0和5.0 A g-1循环1000次后，容量仍然保持在307和196 mAh g-1，保持率分别为90.5%和83.9%，库伦效率稳定在99.9%。同时，在不同电流密度下也表现出高的容量，表明MoSe2@C/rGO具有良好的倍率性能。图4. 深入揭示MoSe2@C/rGO的高可逆K+存储机制综上所述，本文在还原氧化石墨烯表面合成了MoSe2/N掺杂碳纳米阵列，作为KIBs的高性能负极材料，其中，N掺杂碳组分在扩展的MoSe2层间距(0.64~1.20 nm)中发生原子间重叠。所形成的独特的异质界面优化了放电产物(K2Se)的几何结构。与原始K2Se相比，K-Se的键长至少延长了3.9%，角度增大了19.2%，大大削弱了K-Se键，且充电时Mo-Se键容易再生。因此，这种不同寻常的结构设计不仅加速了K+的扩散和电子转移，而且显著提高了电化学可逆性。通过DFT计算、原位拉曼光谱和非原位XAS分析，本文阐明了可逆K+的存储机理和结构-性能关系。
