Small:研磨促进插层剥离法制备用于钾离子电池的MoS2纳米复合材料

钾离子电池(KIBs)被认为是传统锂离子电池(LIBs)的有前途的替代品之一。然而,钾离子大的离子半径(2.76 Å)不利于其插入负极材料,导致相对较低的比容量和较差的倍率性能。为了满足可充电KIBs储能技术的要求,开发具有高容量和良好可靠性的高性能材料变得越来越紧迫。以二硫化钼(MoS2)为典型代表的过渡金属硫化物因其高的理论容量以及独特的层状二维(2D)结构已被认为是最有前途的KIBs电极材料之一。然而,大多数用于KIBs负极材料的MoS2是通过水热法制备的,该方法制备的纳米片通常显示出较大的厚度(≈10 nm),且制备过程中通常会使用和产生有毒物质。液相剥离法(LPE)提供了一种可行的方法来制备MoS2纳米片,该方法可以避免有害化学物质,并且可以制备厚度较小(≈5 nm)的纳米片。目前,传统的LPE制备的纳米片层间距和产量较低,难以满足KIBs电极材料的应用要求。因此,开发一种有效的方法来制备具有高产率、大层间距和小厚度的MoS2纳米片尤为重要。

南京邮电大学陈润锋教授和德国马普固态所Hongguang Wang博士课题组开发了一种研磨促进插层剥离(GPIE)制备2D MoS2-纤维素纳米晶体(CNC)纳米复合材料的新方法。该方法可以制备高产量、低厚度的MoS2纳米片,且制备的MoS2纳米复合材料应用于KIBs负极材料具有高的比容量与良好的稳定性。相关结果发表在Small上。

研究人员将原始的MoS2粉末和CNC粉末进行快速研磨,之后在水中进行常规的液相剥离,可以有效地剥离出纯半导体相MoS2纳米片和MoS2/CNC 2D纳米复合材料。有趣的是,夹在MoS2纳米片中的CNC有效增加了MoS2纳米片的层间距,为容纳大尺寸离子提供了良好的条件。此外,实验结果显示,MoS2纳米复合材料是一种良好的KIBs负极材料,300次循环后,200 mA/g下的可逆容量为203 mAh/g; 1500次循环后,500 mA/g下的可逆容量为114 mAh/g,每次循环的衰减率低至0.02%。

本文通讯作者为南京邮电大学陈润锋教授和德国马普固态所Hongguang Wang博士,硕士毕业生王宏磊为本文第一作者,山东大学张忠华教授及牛加正同学亦做出重要贡献。

论文信息:

Facile Preparation of MoS2 Nanocomposites for Efficient Potassium Ion Batteries by Grinding-Promoted Intercalation Exfoliation

Honglei Wang, Jiazheng Niu, Jun Shi, Wenzhen Lv, Hongguang Wang*, Peter A. van Aken, Zhonghua Zhang, Runfeng Chen*, Wei Huang

Small

DOI: 10.1002/smll.202102263

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202102263