Angew. Chem. :穿上双功能纳米反应器,实现二硫化钼可逆储钠新高度

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钠离子电池技术是推动能源结构转型的重要支持方向,层状过渡金属硫化物具有高层间距和高理论储钠容量等优势,具有较好的发展前景。然而,较低的可逆转化反应程度易导致活性材料剥离、电极容量衰减,是限制该类材料发展的主要原因。以典型的层状材料二硫化钼为例,发生转化反应后,原始结构坍塌,反应产物硫化钠导电性差且分解势垒高,因此充电后难以恢复到初始层状二硫化钼。诸多手段致力于改性二硫化钼以优化放电过程,但关于充电过程的优化方案存在较多空白,兼顾充放电过程的改性研究仍具有较大挑战。

近日,天津大学纳米及复合材料团队何芳、陈彪以二硫化钼为研究对象,提出为其构建具有限域催化效用的双功能纳米反应器,通过空间限域效应抑制二硫化钼的结构坍塌及硫化钠的团聚堆积,通过原子级催化效应降低硫化钠的分解势垒,以实现转化型电极材料的高度可逆储钠。

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该纳米反应器由负载单原子锰的氮掺杂碳(SAMn-NC)构成,包覆于二硫化钼/碳纳米管复合材料外表面。结合原位电化学表征和第一性原理、分子动力学等模拟计算可知,SAMn-NC纳米反应器在保证导电性和离子扩散效率的基础上,为二硫化钼及其放电产物提供了稳定的结构支撑。此外,锰单原子作为催化活性位点,促进了Na-S键的解离,降低了硫化钠的分解势垒,提升了可逆转化反应效率。

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得益于SAMn-NC的二维限域催化作用,二硫化钼的可逆转化效率最高可达85.65%。这赋予了复合材料高循环稳定性和高容量保持率,在1 A g-1下循环2000圈后容量约为239.2 mAh g-1,每百圈的容量衰减率仅为0.53%。该工作提出了二维限域催化纳米反应器的设计策略,对高性能转化型电极材料的改性研究具有重要参考价值。

文信息

Highly Reversible Sodium-ion Storage in A Bifunctional Nanoreactor Based on Single-atom Mn Supported on N-doped Carbon over MoS2 Nanosheets

Doule Dr. Simi Sui, Haonan Xie, Prof. Biao Chen, Prof. Tianshuai Wang, Zijia Qi, Jingyi Wang, Prof. Junwei Sha, Prof. Enzuo Liu, Dr. Shan Zhu, Prof. Kaixiang Lei, Prof. Shijian Zheng, Prof. Guangmin Zhou, Prof. Chunnian He, Prof. Wenbin Hu, Prof. Fang He, Prof. Naiqin Zhao


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202411255

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