EEM |华南理工大学杨黎春教授&江西师范大学程得亮博士SnO2/MoS2异质结构实现稳定循环的锂/钠存储

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亮点

1. 通过等离子球磨法将MoS₂剥离成MoS₂纳米片，成功制备了SnO₂/MoS₂异质结构。

2. MoS₂锂化生成Mo对Sn的强结合力抑制了Sn粗化，有效提高了SnO₂转化反应的可逆性和稳定性。

研究背景

探索具有高容量/能量密度的负极材料对于锂离子电池的进一步发展至关重要。由于SnO₂具有理论容量高(1494 mAh g^-1)、资源丰富和环境友好等优点，被认为是一种有前途的锂离子电池负极材料。同时，作为钠离子电池负极，SnO₂也引起了巨大的关注。然而，SnO₂脱嵌锂过程中存在两大挑战:在脱嵌锂循环中，巨大的体积膨胀会导致严重应力积累和电极破裂解体;转化反应生成的纳米Sn颗粒在室温下会自发再结晶长大，降低了转化反应的可逆性。

制备SnO₂-C复合材料被认为是最常用来改善SnO₂储锂性能的策略。在复合材料中碳基体可以缓解体积膨胀并提高电化学动力学特性。然而，大部分SnO₂-C复合材料可逆性并不佳，首次库伦效率普遍不足60%。由于SnO₂与C之间结合力较弱，碳基体在经历长循环后会可能会与之分离，导致结构不稳定和严重的Sn颗粒团聚。因此，构筑稳定的SnO₂基复合结构，增强复合结构组分间的结合，有效抑制Sn颗粒粗化和长循环导致的结构塌，实现高度可逆和循环稳定的锡基负极材料，具有重要的研究意义。

文章简读

近日，华南理工大学杨黎春教授与江西师范大学程得亮博士在Energy &Environmental Materials上发表了题为"Binding SnO₂ nanoparticles with MoS₂ nanosheets towards highly reversible and cycle-stable lithium/sodium storage的研究论文。该研究报道了SnO₂纳米颗粒和MoS₂纳米片通过有机结合形成的异质结构。该结构通过简单高效的等离子球磨手段实现:通过等离子辅助球磨成功剥离MoS₂得到17相纳米片，并实现对细化SnO₂纳米颗粒的有效包覆。通过各种电化学测试、非原位表征(XRD/XPS/SEM)和理论计算手段，研究证明了1T-MoS₂纳米片包覆层有效缓解了SnO₂体积膨胀和颗粒团聚，MoS₂锂化产物Mo对Sn具有很强的亲和力，在抑制Sn纳米晶粒粗化方面发挥了关键的作用，提高了Sn®SnO₂转化反应的可逆性。作为锂离子电池负极材料，SnO₂/MoS₂异质结构表现出卓越的性能，可逆容量高达1173,4 mAh g_-1即使在1.0和5.0 A g的高倍率循环800次，仍能保持1005.3和768.8 mAh g-的可逆容量。此外，该复合材料在全电池和钠离子电池中同样表现出优异的性能。

图 1.(a-c)B-MoS₂,B-SnO₂和SnO₂/MoS₂的SEM照片;SnO₂/MoS₂的(d)TEM照片，插图为SAED图，(e,f)HRTEM照片，(g)HAADF-STEM图，和(h-k)Sn,O,Mo,S元素分布。

图 2.SnO₂/MoS₂异质结构的电化学储锂性能:(a)CV曲线，(b)恒流充放电曲线，(c)首次库伦效率，(d)低倍率循环性能，(e)库伦效率，(f)倍率性能，(g)高倍率循环性能，(h)与其他SnO₂基负极材料循环稳定性对比。

图3.B-MoS₂,B-SnO₂,SnO₂/GNs,和SnO₂/MoS₂(a)第₂次和第300次充放电曲线，(b)由充放电曲线导出的dQ/dV曲线;(c)SnO₂/MoS,在不同电压范围的容量;B-SnO₂,SnO₂/GNs,和SnO₂/MoS,循环后的(d)XRD图，(e)Sn3d XPS谱;(f)SnO₂/MoS₂循环后Mo3d XPS谱DFT理论计算2H-MoS₂/Sn,1T-MoS₂/Sn,Mo/Sn,Sn/Sn,和GNs/Sn模型(g)优化后晶体构型(h)与Sn的结合能。

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《能源与环境材料（英文）》（Energy & Environmental Materials）创刊于2018年，是由郑州大学和Wiley出版集团共同主办的国内外公开发行的英文期刊，主要报道能源捕获、转换、储存和传输材料以及洁净环境材料领域的高水平研究成果。EEM为材料、化学、物理、医学及工程等多学科及交叉学科的研究者提供交流平台，激发新火花、提出新概念、发展新技术、推进新政策，共同致力于清洁、环境友好的能源材料研发，促进人类社会可持续健康发展。期刊2022年度影响因子为15，JCI指数1.58，5年影响因子16.5，2022年度CiteScore为20.5，SNIP指标为2.425。在材料科学各领域位列前茅，其中科院分区为材料科学1区Top、材料科学综合1区。先后收录于DOAJ、SCIE、Scopus、CSCD等数据库。