构筑过渡金属硫化物/碲化物以及其电化学性能的研究

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锂/钠离子电池在便携式电子器件及电动车等方面的应用已经引起人们广泛的关注,然而商用负极如石墨/硬碳具有较低的比容量,难以满足现代社会对储能器件高能量密度/高功率密度的要求。因此,寻找并开发高比容量、长循环寿命的先进电池负极材料对于发展下一代锂离子电池(LIB)/钠离子电池(SIB)具有重要的意义。与碳基电极材料相比,过渡金属硫化物/碲化物依靠转换反应进行储能,具有理论比容量高、储量丰富等优点,在高能量密度锂/钠离子电池负极材料应用方面展现了广阔的前景。本文通过气相法合成了具有阴离子缺陷的Fe Te2@Fe Te1.5@C核壳微米结构及二硫化钼@氮掺杂碳复合材料(MoS2@NC),并研究了它们的电化学储能性能及机制,研究内容如下:(1)阴离子缺陷的Fe Te2@Fe Te1.5@C核壳微结构的合成及其锂离子存储性能。通过对MIL-88前驱体进行聚多巴胺涂层和气相碲化的组合合成工艺,构建了阴离子缺陷的Fe Te2@Fe Te1.5@C核壳微结构。合成后的Fe Te2@Fe Te1.5@C样品显示出微米尺寸的棒状形态,它由一层薄的N掺杂碳涂层、内部的Fe Te2@Fe Te1.5@C纳米颗粒和它们之间的空隙组成。这样独特的N掺杂碳涂层的结构提高了材料的导电性,并有效缓解了电极循环过程中的体积变化。碲空位的存在本质上提高了其电子电导率,并为锂离子的扩散和存储提供多余的活性位点,从而改善了电化学动力学。Fe Te2@Fe Te1.5@C电极在1 A/g的电流密度下300次循环后表现出700 m Ah/g的高放电比容量,在电流密度为5.0 A/g时具有341m Ah/g的放电比容量,表现出良好的长循环容量,长期循环稳定性和优越的倍率能力。(2)二硫化钼@氮掺杂碳复合材料(MoS2@NC)的合成及电化学储钠性能研究。氮掺杂碳电化学储钠比容量较低,采用钼酸铵浸泡聚苯胺纳米棒进行气相硫化的方法合成了二硫化钼@氮掺杂碳复合材料。在电极材料中,MoS2以镶嵌于氮掺杂碳(NC)材料中的单层结构和生长在碳纳米棒表面的纳米片两种形式存在。与氮掺杂碳纳米棒相比,MoS2/NC电极材料显示出优越的钠离子存储性能,如高比容量(电流密度为0.1 A/g时,比容量为586 m Ah/g)、高倍率性能(电流密度为2 A/g时比容量达到403.8 m Ah/g)和优良的循环稳定性能(290次循环后容量为434.1 m Ah/g)。这种合成方法实现了在分子水平上设计MoS2/NC材料,在设计高性能钠离子电池杂化电极材料方面具有良好的应用前景。
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