具有高理論容量的過渡金屬硫化物和氧化物被認(rèn)為是鈉離子電池（SIB）的有希望的負(fù)極候選物；然而，它們存在關(guān)鍵問題，包括電化學(xué)動力學(xué)緩慢和長期穩(wěn)定性差。 在此，提出了一種“雙碳”設(shè)計(jì)策略以與高活性異質(zhì)結(jié)集成以克服上述問題。 在這種新設(shè)計(jì)中，CoS
2/CoO 空心十二面體異質(zhì)結(jié)夾在開放框架碳球 (OFC) 和還原氧化石墨烯 (rGO) 納米膜 (OFC@CoS
2/CoO@rGO) 之間。CoS
2/CoO異質(zhì)結(jié)有效地促進(jìn)其表面的電子轉(zhuǎn)移，并通過其由納米點(diǎn)組裝的分級中空結(jié)構(gòu)提供更多的電化學(xué)活性位點(diǎn)。同時(shí)，雙碳框架形成了一個高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有更好的倍率能力。更重要的是，雙碳結(jié)構(gòu)可以極大地緩沖電極材料在充放電過程中的體積膨脹和穩(wěn)定的反應(yīng)界面。受益于它們的協(xié)同效應(yīng)，OFC@CoS
2/CoO@rGO 電極在 0.05 A g
-1 時(shí)實(shí)現(xiàn)了460 mAh g
-1的高可逆容量，并且在電流密度增加 200 倍時(shí)仍能保持 205.3 mAh g
-1。SIBs的陽極材料。它們的循環(huán)性能也非常出色，在1 A g
-1的高電流密度下經(jīng)過 3500 次充電/放電循環(huán)后仍保持 161 mAh g
-1 的容量。 雙碳策略被證明對增強(qiáng)反應(yīng)動力學(xué)和長期循環(huán)性能有效，為制備其他高性能電極材料提供了重要指導(dǎo)。
圖 1. OFC@CoS
2/CoO@rGO 的三明治和多孔納米結(jié)構(gòu)球的 3D 結(jié)構(gòu)和合成過程及其鈉化/脫鈉過程示意圖。
圖 2. 形態(tài)特征。 (a-c) 分別為OFC、OFC@ZIF-67和OFC@CoS
2/CoO的SEM圖像； (d 和 e) OFC@CoS
2/CoO 不同放大倍率的 TEM 圖像，(f) SEM 圖像，(g) TEM 圖像，(h) 帶有嵌入 SAED 圖案的 HRTEM 圖像，以及 (i) 元素映射與 OFC@ 的 EDS CoS
2/CoO@rGO。
圖 3. 結(jié)構(gòu)表征。 (a) XRD 圖案和 (b) 制備樣品的拉曼光譜; （c-f）OFC@CoS
2/CoO@rGO 的全 XPS 和高分辨率 XPS 光譜。
圖 4. 電化學(xué)特性。（a）OFC@CoS
2/CoO@rGO在0.1 mV s
-1下前三個循環(huán)的CV曲線和（b）前三個循環(huán)和第50個循環(huán)在0.05 A g
-1下的電壓曲線； (c 和 d) 倍率性能及其充電/放電曲線，(e) 奈奎斯特圖，和 (f) 對照和目標(biāo)樣品在 0.1 A g
-1 下的循環(huán)性能；（g）OFC@CoS
2/CoO@rGO 在 0.5 和 1 A g
-1 下分別循環(huán) 1000 次和 3500 次的長期循環(huán)性能（插圖，循環(huán)前后電極材料的 SEM 圖像）。
圖5. OFC@CoS
2/CoO@rGO的電化學(xué)原理分析。 (a) 不同掃描速率下的 CV 曲線； (b) log(i) 和 log(v) 之間的關(guān)系； (c) 不同掃描速率下的電容和擴(kuò)散控制貢獻(xiàn)率； (d) 在 2.0 mV s
-1 時(shí)電容和擴(kuò)散控制貢獻(xiàn)區(qū)域的分離。
相關(guān)研究成果由同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院Ming Wen等人2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c06551)上。原文：Dual Carbon Design Strategy for Anodes of Sodium-Ion Battery: Mesoporous CoS2/CoO on Open Framework Carbon-Spheres with rGO Encapsulating。
