NH4+ pre-intercalation and Mo doping VS2 to regulate nanostructure and electronic properties for high efficiency sodium storage

1. 全文速览

近日西南石油大学王明珊、李星教授课题组与美国华盛顿大学曹国忠教授报道了一种通过NH₄⁺预插层和Mo掺杂协同调控VS₂纳米结构和电子性质的内外兼修策略,保证材料的高结构稳定性的同时，提升了本征的电子和离子传输能力，增强了转换型金属硫化物负极的电化学动力学。因此，Mo-NVS₂负极在3 A g^-1下提供了453 mAh g^-1的高可逆容量和超过20,000次的稳定循环，有效的解决了钠离子混合电容器负极材料在动力学和稳定性方面的缺陷。该成果以《NH₄⁺ pre-intercalation and Mo doping VS₂ to regulate nanostructure and electronic properties for high efficiency sodium storage》为题发表在《Small》上，第一作者是西南石油大学硕士研究生李恩智。

2. 背景介绍

由于便携式电子产品、电动汽车等可再生能源产品的需求迅速增加，迫切需要同时满足高能量密度和高功率密度的储能装置。钠离子混合电容器( SIHCs )由于集成了电池的高能量密度和超级电容器的高输出功率而备受关注。然而，阳极侧缓慢的Na⁺扩散动力与阴极快速的电容吸附/解吸之间的动力学不平衡，阻碍了SIHCs的进一步发展和商业化。因此，有必要选择具有快速反应动力学、高倍率、低成本且循环稳定性好的SIHCs阳极材料。近年来，过渡金属二硫化物( TMDs )因其高的理论比容量和类石墨的开放二维层状结构而被广泛开发为储能材料。然而，之前的研究表明，大多数TMDs在钠化/去钠化过程中连续的体积变化，导致结构粉碎。此外，由于合成过程中材料的团聚导致体相TMDs中缓慢的Na ⁺传输动力学也表现出较差的倍率性能和循环稳定性。通过改变层状结构可以改善Na⁺扩散动力。阳离子掺杂也是改善本征电子电导率以及调节形态的有效策略。上述两种改性策略分别从材料纳米结构或电子结构调控方面提高了TMDs的电化学性能。将这两种策略结合起来，可以协同增强结构的稳定性，提高电化学反应动力学，从而实现TMDs的高比容量和长循环稳定性。调控材料纳米结构可以有效抑制TMDs的团聚，增加更多的活性表面和边缘。这些暴露的表面和边缘可以为Na⁺的层内赝电容存储提供更多的活性位点。TMDs的工程电子结构可以改善由于TMDs本征电导率较低而导致的电荷传输能力不足的问题。通过扩大晶面间距组合非限制的Na⁺扩散通道必将增强Na⁺扩散。这种协同增强有望缓解TMDs阳极在SIHCs中电化学动力学不足的问题。

3. 本文亮点

a)通过NH₄⁺预插层和Mo掺杂的设计提高VS₂的电化学动力学和循环稳定性；

b)NH₄⁺预插层扩大了VS₂的层间距，起到了柱撑作用；

c)Mo掺杂构建了双缺陷结构，促进了层内电荷转移和跨层Na⁺传输；

d)在高电流密度下，具有优异的倍率性能（453 mAh g⁻¹ at 3 A g⁻¹）和循环性能（超过20000次循环）；

e)揭示了Mo掺杂带来更强的d - p杂化，以促进Na⁺插层中间体的转化动力；

f)组装的钠离子混合电容器具有低自放电率，高能量密度，高功率密度和超长循环性能。

详见微信推送：https://mp.weixin.qq.com/s/GjoB5F4PgJ4EQYhoQo5wtQ