通过简单的模板法制备了具有分层结构的由纳米片组成的异质结构的MoS2/C微米管。所制备的MoS2/C微米管作为钠离子电池负极时具有**的电化学性能,在200 mA/g的电流密度下循环100圈后可逆容量高达563.5 mAh/g。在2000mA/g大电流密度下循环1500圈之后其容量仍然保持在484.9 mAh/g。为了探究MoS2/C微米拥有**的电化学性能原因,研究人员通过原位TEM来证实MoS2/C微米管在充放电过程中能够保持结构的稳定,通过原位HRTEM和原位XRD证明了MoS2/C微米管在充放电过程中拥有良好的可逆性。
MoS2/C微米管拥有**的电化学性能归功于以下三方面:(1)MoS2和C之间形成的异质结构能够防止MoS2的堆积和团聚,此外还能够提供更多的嵌钠活性位点;(2)MoS2和C之间形成的异质结构有利于提高MoS2的导电性和钠离子扩散能力,并且能够**MoS2在充放电过程中的体积膨胀;(3)碳骨架与MoS2形成牢固的异质结构,能够稳定放电过程中的产物,从而使得MoS2在充放电过程中具有很好的可逆性。
图1. MoS2/C MTs的合成示意图以及其扩大的层间距示意图。
以Sb2S3微米管为模板,通过水热法制备了Sb2S3@MoS2/C微米管,最后在还原气氛中高温除去Sb2S3微米管模板,得到了由纳米片组成的分层结构的MoS2/C微米管。
图2.MoS2/C MTs的(A-C)SEM图像,(D,E)TEM和HRTEM图像,(F)相应的平均晶格间距图,(G-I)XPS及其相应的对比图。
MoS2/C微米管的直径在300-400纳米左右,长度在几个微米不等。通过SEM和TEM可以看出MoS2/C微米管是由纳米片组成的具有分层中空的管状结构,且具有较大的层间距。XPS分析证明MoS2和C之间具有强大的耦合左右,并形成了紧密的异质结构。
图3.(A, B)MoS2/CMTs和MoS2 MFs在200 mA/g电流密度下的充放电曲线(0.01-3.0V),(C)MoS2/CMTs和MoS2 MFs在200 mA/g电流密度下的循环性能,(D)MoS2/CMTs和MoS2 MFs在不同电流密度下的倍率性能(200 mA/g-10000 mA/g),(E)MoS2/CMTs和MoS2 MFs在1000 mA/g电流密度下的长循环性能。
MoS2/CMTs相比MoS2 MFs显示了更加**的电化学性能,MoS2/C MTs在200 mA/g的电流密度下循环100次后的可逆容量高达563.5mA h/g,在超大电流密度10000 mA/g下,仍然保持401.3 mA h/g的可逆容量,在1000 mA/g的大电流密度下循环500次后的可逆容量仍然保持在493.6mA h/g。
图4.单个MoS2/C MT在钠化和去钠化过程中的原位TEM图像。
MoS2/CMT在钠化过程中发生了明显的体积膨胀,而在去钠化过程中体积开始收缩并能够很好的保持纳米管的结构。因此,原位TEM证明在整个钠化/去钠化过程中,MoS2/CMT保持了良好的结构稳定性。
图5.单个MoS2/C MT在钠化和去钠化过程中的原位HRTEM图像,以及MoS2在钠化/去钠化过程中的机理图。
2H-MoS2在钠化过程中**形成2H-NaxMoS2,随着钠化过程的不断进行,发生相转化过程形成Mo单质和Na2S,而在去钠化过程中,先形成1T-NaMoS2,最后形成1T-MoS2. 因此,原位HRTEM证明MoS2在充放电过程中拥有良好的可逆性。
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zzj 2021.4.2