【研究背景】
Sb2S3具有资源丰富和理论容量高等优点，被认为是一类极具前景的钠离子电池负极材料。然而，较低的电导率使得商业化块状Sb2S3材料的实际储钠容量较低，倍率性能较差。此外，Sb2S3在充放电时具有较大的体积膨胀，进一步影响其循环稳定性。为了解决上述问题，通常是将活性Sb2S3材料和导电性、机械性能良好的基底材料进行复合。二维过渡金属碳化物或氮化物（MXene）因其良好的导电性、优异的稳定性和较高的表面积，被认为是理想的基质载体。活性材料与二维Ti3C2Tx Mxene纳米片复合不仅可以增强电子和离子的传输，而且能够形成稳定的低维结构，从而协同增强电化学性能。此外，介孔结构可以提供更多的活性位点并缓冲循环过程中的体积膨胀，也被认为是改善钠存储性能的有效策略。
【主要内容】
采用L-酒石酸辅助的溶剂热法成功制备出介孔结构的榆树叶状Sb2S3/氮掺杂Ti3C2Tx杂化材料（L-Sb2S3/Ti3C2）。叶片状的Sb2S3高度分散并均匀锚定在Ti3C2Tx纳米片上，而Sb2S3纳米颗粒中存在大量的介孔，类似于树叶中的气孔，可以增强离子和电子的传输动力学。同时，由于硫前驱物的分解，可以很容易地实现Ti3C2Tx的原位氮掺杂，从而进一步增强界面电子转移动力学（图1）。
图1 L-Sb2S3/Ti3C2的合成过程及SEM、TEM和Mapping表征。
随后采用原位测试技术考察了L-Sb2S3/Ti3C2电极在嵌钠/脱钠过程中的结构变化以及相演变过程。原位TEM结果表明，嵌钠过程为向内填充孔机制主导，仅导致约20％的长轴长度变化。在整个脱嵌钠过程中，电极材料很好地保持其整体形貌，没有任何明显的结构变化，表明介孔结构和Ti3C2Tx基质可以有效地缓冲大体积膨胀并防止Sb2S3颗粒在循环过程中粉碎。原位SAED验证了该复合材料的储钠机制为转化、合金化反应过程（图2）。受益于其独特的结构优势，所得L-Sb2S3/Ti3C2电极在100次循环后可提供445.5 mAh g‒1的高可逆容量，相当于初始可逆容量的85.3%。即使在2 A g‒1的电流密度下，仍能表现出68%的容量保持率。
图2 L-Sb2S3/Ti3C2电极在储钠过程中的原位TEM表征、结构变化和相演变过程。
【结论与展望】
该工作为新型钠离子电池负极材料的开发注入了新的动力，这种复合电极材料的设计思路和结构优化策略有望为其他功能性MXene基复合材料的设计提供有意义的参考。
He FY, Tang C, Zhu GJ, Liu YD, Du AJ, Zhang QB, Wu MH, Zhang HJ. Leaf-inspired design of mesoporous Sb2S3/N-doped Ti3C2Tx composite towards fast sodium storage. Sci. China Chem., 2021.
DOI:10.1007/s11426-020-9942-9