SEF：空心殼結構多孔CoSe2/MXene用于高效儲鋰
發布時間：2021-11-22 19:57:49 人氣：1959
隨著人們對可穿戴電子器件以及電動車持續增長的需求，下一代，高能量與高功率的可充電鋰離子電池鋰離子電池（LIBs）引起了廣泛的關注。然而，商業化的石墨烯，這種目前成熟的負極材料之一的理論容量相對較低（372 mAh g-1），距離滿足商業化高能量鋰離子電池的要求還很遠。在這方面，目前科研的重點集中于研發具有高性能，環境友好性以及低成本的先進負極材料，打破石墨烯碳進一步發展的障礙。
在眾多的電極材料體系中，過渡金屬硫屬化合物（TMC）因其基于轉化反應機理的相對較大的儲鋰容量而得到了持續的關注。尤其是二硒化鈷（CoSe2）具有很多的優越性，除高比容量外，還有其內在的增強的安全性，以及廣泛的實用性等等。然而，與其他TMCs一樣，CoSe2也遭受著在充放電過程中的巨大體積變化，進而導致了快速的容量衰減與較低的電子導電性，進而造成了較差的倍率性能。因此，合理設計復合材料與結構可以提升TMCs的電化學性能。MXenes，作為一種新興的2D過渡金屬碳化物和氮化物，在超級電容器，鋰（鈉）離子電池，鋰硫電池與催化等應用中吸引了廣泛的注意力，這是因為其具有杰出的電子導電性，可控的層間距，超親水性以及良好的機械柔性等優勢。
最近，華東理工大學Xiaoyun Liu教授與復旦大學Xuebin Yu教授課題組在國際高水平學術期刊 Sustainable Energy Fuels上發表題目為：Hollow-shellstructured porous CoSe2 microspheres encapsulated by MXene nanosheets for advanced lithium storage的研究論文，設計了一種新型的空心殼結構的多孔CoSe2微球，通過對Co-MOFs的硒化與簡易的靜電自組裝技術而制備，具有優異的電化學性能，第一作者為洪林。
圖1.CoSe2@MXene復合物的合成制備過程。
圖2. CoSe2@MXene的FESEM, TEM,HRTEM與mapping表征。
圖3. CoSe2空心球，Ti3C2 MXene與CoSe2@MXene復合物的XRD圖譜；CoSe2@MXene的比表面積與孔徑分布；CoSe2@MXene各元素的XPS。
圖4. CoSe2@MXene的電化學性能測試。
圖5. CoSe2@MXene復合物的結構穩定性分析。
本文所制備的復合CoSe2@MXene穩定結構，通過簡易的靜電自組裝方法，由內部的空心CoSe2微球與外部MXene片包覆而組成。CoSe2@MXene復合物可以結合高容量的CoSe2空心球與高導電性的MXene片。空心結構的CoSe2可以在鋰化/去鋰化循環中限制體積膨脹，MXene納米片可以加強復合結構的穩定性并加速離子/電子的傳輸動力學。因此，CoSe2@MXene在200 mA g-1的電流密度下具有的可逆容量高達1051 mAh g-1，當電流密度擴大到5 A g-1時可逆容量可保持在465 mAh g-1。在1000次循環后，在1 A g-1的電流密度下可以具有穩定的1279 mAh g-1的容量。這種空心結構上包覆MXene的策略為新材料的設計提供了新思路。
文獻鏈接：
DOI:10.1039/c9se01271k
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