齐岳可定制核壳结构的氮掺杂碳纳米管/超薄二硫化钼纳米片材料(NC@MoS2)

采用了水热法制备了核壳结构的氮掺杂碳纳米管/超薄二硫化钼纳米片材料(NC@MoS2),实验研究和理论计算表明MoS2不仅对多硫化物具有较强的化学吸附能力,还能促进其催化传化,从而加快电化学反应速率并减缓穿梭效应。当其用于锂硫电池正极基底时,表现出优异的循环稳定性和倍率性能。

1)采用核壳结构NC@MoS2作为锂硫电池正极硫的载体,MoS2具有较强的化学吸附能力和催化特性, 能够提高硫的利用率和改善电池的循环稳定性。

2)DFT理论计算和催化转化等研究计算了多硫化锂和MoS2的表面的结合能,证实了MoS2对多硫化物转化的催化特性。

3)采用NC@MoS2为载体,硫的含量为70%条件下,硫正极在0.5C电流密度下150个循环后容量为919mAh/g, 2C电流密度下循环2000圈, 平均每圈的容量衰减率为0.049%;当硫负载量为3.6mg/cm2,0.5C循环300圈后其面容量仍可维持在2.3mAh/cm2。

1.   材料的制备及表征

图1. S-NC@MoS2的合成示意图(a), SEM和TEM图:PPy(b, f),PPy@MoS2(c, g),NC@MoS2(d, h),S-NC@MoS2(e, i)。

水热法在管状PPy(直径大约200nm)均与生长了MoS2纳米片,超薄的纳米片由大约11层S-Mo-S,为LiPS的吸附和催化提供了丰富的反应位点。随后通过熔融法与硫复合,得到硫含量高达70 wt%的S-NC@MoS2复合正极材料。

2.   吸附实验

图2.吸附试验图和UV-Vis(a),XPS(b),Mo 3d(c),S 2p(d),C 1s(e)。

NC@MoS2表现出对多硫化锂的强烈吸附性能,以及对硫较强的相互作用。

3.   催化转化实验

图3.DFT(a-c),对称电池的EIS(d),CV(e);Li2S沉积结果图(f),催化转化示意图(g)。

首先通过DFT理论计算了Li2S6分子在MoS2表面的吸附能。选取了MoS2的(001)两个表面,计算结果表明Li2S6分子在其表面的吸附能分别为-0.57eV。还分别计算了Li2S6在碳和氮掺杂的碳表面的吸附能。DFT计算结果表明:NC@MoS2对多硫化物具有很强的化学吸附能力。对称电池测试也表明了对于多硫化物的转化NC@MoS2具有较快的氧化还原反应动力学。在Li2S沉积实验中,Li2S在NC@MoS2上的沉积可达141.6mAh/g,进一步证明了NC@MoS2具有良好的催化特性。

4.电化学性能表征:

图4 S-NC@MoS2复合材料的电化学性能; CV曲线(a),恒电流充放电曲线(b),0.5 C下循环性能(c),不同倍率下循环性能(d),不同倍率下的恒电流充放电曲线(e),0.5 C, 1 C, 2C下循环性能(f),2 C下循环性能(g)。

由于NC@MoS2对多硫化锂优异的吸附和催化转化性能,在0.5,1C和2C的电流密度下150个循环后电池的比容量依次为919,818,758mAh/g,明显优于纯NC的电池性能。2C倍率下的长期循环中,电池初始容量可达842mAh/g,经过1000圈的循环,平均每圈容量衰减为0.049%。

5.   高负载

图5 S-NC@MoS2(负载量3.6mg/cm2)的电化学性能;不同倍率下循环性能(a),不同倍率下的恒电流充放电曲线(b),0.5 C下循环性能(c)。

当硫的负载量为3.6mg/cm2时,电池在1C下的倍率容量为690mAh/g, 在0.5C的倍率下,经过300圈的循环,其面容量仍保持在2.3mAh/cm2。

我们有层状二硫化钼—石墨烯电极材料;AuNPs-MoS2纳米复合材料;氨基化二硫化钼的MoS2-NH2;活化脂化二硫化钼的MoS2-NHS;巯基化二硫化钼的MoS2-SH;马来酰亚胺化二硫化钼的MoS2-MAL;炔基修饰二硫化钼的MoS2-Alkyne;普鲁士蓝立方块/二硫化钼纳米复合材料;AuNPs-MoS2-rGO纳米复合材料;荧光二硫化钼纳米片;牛血清蛋白(BSA)修饰的叶酸(FA);硫辛酸修饰二硫化钼MoS2-LA;功能化二硫化钼/聚酰胺复合材料PA-g-MoS2等。

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以上内容来自小编zzj 2021.4.6

 

 

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