異質結構工程與碳質材料相結合，在促進緩慢動力學、提高電子電導率和緩解用于高性能儲鈉的過渡金屬硫化物電極的巨大擴展方面顯示出巨大的希望。在此，通過連續熱解和硫化方法合理設計并制備了包裹在N摻雜碳納米管(Fe
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8/FeS
2/NCNT)中的硫化鐵基異質結構。制備的Fe
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8/FeS
2/NCNT異質結構繼承了NCNT提供的大量晶格缺陷和足夠的緩沖空間，使Fe
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8/FeS
2/NCNT電極具有高的鈉儲存活性、快速的離子擴散動力學和優異的電化學可逆性。Fe
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8/FeS
2/NCNT異質結構在1.0 A g
−1下具有403.2 mAh g
−1的高可逆容量，可達100次循環，在酯基電解質中具有優異的倍率容量(273.4 mAh g
−1,20.0 A g
−1)。同時，電極在醚基電解質中也表現出長期的循環穩定性(在5.0 A g
−1下循環1000次后為466.7 mAh g
−1)和出色的倍率能力(在20.0 A g
−1下為536.5 mAh g
−1)。這種優異的性能主要歸功于鈉離子在醚基電解質中的快速擴散動力學、高電容貢獻和方便的界面動力學。
Fig 1. Fe
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2/NCNT制備示意圖，(b) SEM圖像，(c) TEM圖像，(d) HRTEM圖像，(e) Fe
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2/NCNT的STEM和相應的元素映射圖像；
Fig 2. (a) Fe
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8/NCNT、FeS
2/NCNT和Fe
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2/NCNT的XRD譜圖和(b)拉曼光譜。Fe
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8/FeS
2/NCNT的XPS光譜:(c) Fe 2p，(d) S 2p，(e) C 1s和(f) N 1s；
Fig 3. (a)在0.2 mV s
−1下的第一次CV曲線的比較；(b) Fe
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8/NCNT、FeS
2/NCNT和Fe
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2/NCNT電極的循環性能和(c)速率能力；(d)不同掃描速率下(0.2 ~ 0.8 mV s
−1)的CV曲線；(e) Fe
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8/FeS
2/NCNT電極的峰值電流Log (i)與掃描速率Log (v)的線性關系；(f) Fe
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8/NCNT、FeS
2/NCNT和Fe
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8/FeS
2/NCNT電極在1.0 A g
−1下循環50次后的Nyquist圖；(g)不同充放電狀態下的XRD等高線圖；(h) Fe
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2/NCNT電極在堿化和解鹽過程中的反應機理說明；
Fig 4. (a) Fe
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8/FeS
2/NCNT電極在酯/醚基電解質中的循環性能和(b)速率性能比較；(c)兩種不同電解質在不同電流密度下的相應比容量；
Fig 5. (a)原始Fe
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8/FeS
2/NCNT電極的SEM和(d)截面圖。在1.0 A g
−1下循環100次后，(b, e)醚和(c, f)酯基電解質的SEM和橫截面圖像；Fe
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8/FeS
2/NCNT電極在兩種電解質(g) C 1s，(h) O 1s，(i) F 1s中循環100次后的XPS光譜比較；
Fig 6. (a)不同掃描速率下(0.2 ~ 0.8 mV s
−1)的CV曲線；(b)峰值電流Log (i)與掃描速率Log (v)的線性關系；(c) Fe
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2/NCNT電極在醚基電解質中不同掃描速率下電容性和擴散控制行為的容量貢獻；在(d)醚基和(e)酯基電解質中，Fe
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2/NCNT電極在1 A g
−1從0.01到107 Hz的頻率下第1、10、20和50次循環的Nyquist圖，以及(f)相應的Rct值；(g)在0.01 ~ 3v電壓下，Fe
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2/NCNT電極在前兩個循環中隨時間變化的曲線以及鈉離子在不同電解質初始(h)放電和(i)充電過程中的擴散系數.
相關研究工作由揚州大學Jiabao Li和Tianyi Wang課題組于2023年在線發表在《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Interface Engineering of Fe
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2 Heterostructure in situ Encapsulated into Nitrogen?Doped Carbon Nanotubes for High Power Sodium?Ion Batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
