中国海洋大学Advanced Functional Materials:为K+构建大空间来实现快速的储钾性能

钢铁侠 4年前 (2020-01-23) 4452浏览

基于“large ions should accommodate big houses”的思想，中国海洋大学柳伟教授课题组提出了MoS₂纳米片在多孔腔体中的自装载和有机分子分步扩层两种新技术，将扩层后的MoS₂纳米片均匀分散和锚定在多孔碳材料内表面，得到了MoS₂@CT复合材料。作为钾离子负极材料，合成的ED-MoS₂@CT电极在2 A g^-1时经过10000次循环后的比容量为148.5 mAh g^-1，平均每次循环仅衰减0.002%。组装的ED-MoS₂@CT//PC 钾离子电容器在功率密度为965 W kg^-1时，能量密度能够达到148 Wh kg^-1。

成果简介：

在大规模储能领域中，得益于丰富的钾资源和接近于锂的标准氧化还原电位，钾离子储能体系近年成为一大研究热点。然而，大尺寸K⁺嵌入引起电极材料的体积膨胀以及缓慢的动力学行为，使得制备高性能钾离子电极材料受到挑战。针对这个问题，中国海洋大学柳伟教授课题组基于“为大离子构建大空间”的理念，引入层片状MoS₂与多孔碳材料复合，并提出了MoS₂纳米片在多孔腔体中的自装载技术，实现了扩层后的MoS₂纳米片在碳孔结构中的均匀分散与锚定。同时，利用乙二醇和多巴胺分子实现在MoS₂层状结构中的先后分步插入，有效扩大了MoS₂的层间距，从而在动力学上有效促进了电极材料的快速储钾行为。这种独特的ED-MoS₂@CT复合材料不仅有效地缓解了K⁺在嵌入/嵌出过程中产生的机械应变，而且均匀分散的MoS₂纳米片为K⁺的存储提供了宽敞的道路(空心管状碳骨架)和房间(扩大层间距的少层MoS2薄片)，实现了K⁺的快速传输和存储。

该成果以题为“Controlled Design of Well-Dispersed Ultrathin MoS₂ Nanosheets inside Hollow Carbon Skeleton: Toward Fast Potassium Storage by Constructing Spacious “Houses” for K Ions”发表在Advanced Functional Materials上，第一作者为崔永朋博士，通讯作者为柳伟教授。论文链接：DOI: 10.1002/adfm.201908755。

图文简介：

图一： MoS₂在CT碳管中诱导生长以及小分子逐级插层示意图。