層狀材料具有良好的2D-Zn
2+傳輸通道，作為水性鋅離子電池（AZIBs）的陰極具有很大的潛力，但其容量低或循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了其實(shí)際應(yīng)用。本文創(chuàng)新性地將兩種經(jīng)典的層狀材料通過(guò)石墨烯嵌入MoS
2廊道結(jié)合起來(lái)，使得MoS
2夾層顯著增大（從0.62 nm到1.16 nm），親水性增強(qiáng)。三明治結(jié)構(gòu)的MoS
2/石墨烯納米片自組裝成花朵狀結(jié)構(gòu)，有利于鋅離子擴(kuò)散，促進(jìn)電解質(zhì)滲透，并確保高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，這種新型的MoS
2/石墨烯納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的高倍率性能（0.05 A g
−1時(shí)為285.4 mA h g
−1，5 A g
−1時(shí)為141.6 mA h g
−1）和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性（1800次循環(huán)后容量保持率為88.2%）。電化學(xué)測(cè)量和密度泛函理論計(jì)算證實(shí)了Zn
2+的遷移動(dòng)力學(xué)和理想的偽電容行為。通過(guò)非現(xiàn)場(chǎng)研究闡明了鋅離子插入/萃取后2H‐MoS
2和1T‐MoS
2之間高度可逆相變的儲(chǔ)能機(jī)制。作為理論證明，采用MoS
2/石墨烯陰極的柔性準(zhǔn)固態(tài)鋅離子電池在不同的彎曲條件下表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。本研究為二維材料作為高性能疊氮基正極的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了一個(gè)新的方向。
Figure 1. a) MoS
2/石墨烯納米復(fù)合材料的合成示意圖。MoS
2和MoS
2/石墨烯的b) XRD譜圖和c)晶體結(jié)構(gòu)。d) MoS
2, MoS
2/石墨烯和GO的拉曼光譜。e) MoS
2/石墨烯的SEM圖。f-h) MoS
2和(g h) MoS
2/石墨烯的HRTEM圖。i) MoS
2/石墨烯的SEM元素映射。
Figure 2. MoS
2/石墨烯正極a)在0.1 mV s
-1下的CV曲線，b)在0.2 ~ 1.5 V電壓范圍內(nèi)的充放電曲線。c)不同石墨烯含量的MoS
2/石墨烯復(fù)合物的循環(huán)性能。d) MoS
2/石墨烯倍率性能和e) MoS
2/石墨烯在1 A g
-1的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。
Figure 3. MoS
2/石墨烯電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究。
Figure 4. MoS
2/石墨烯的儲(chǔ)鋅機(jī)理。
Figure 5. a-d) MoS
2和MoS
2/石墨烯的鋅離子遷移路徑。e,f) 遷移能壘。g) MoS
2和MoS
2/石墨烯的狀態(tài)密度。
Figure 6. a)柔性準(zhǔn)固態(tài)鋅離子電池組成圖。b)鋅對(duì)稱電池的鍍鋅/剝離行為。c) PVA/Zn(CF
3SO
3)
2水凝膠電解質(zhì)的LSV曲線和交流阻抗譜。e)準(zhǔn)固態(tài)MoS
2/石墨烯/鋅電池彎曲狀態(tài)下的典型電壓曲線。f)為L(zhǎng)ED供電的軟包裝電池照片。
相關(guān)研究成果于2021年由北京科技大學(xué)Ping Li課題組，發(fā)表在Adv. Mater. ( DOI: 10.1002/adma.202007480)上。原文：Sandwich-Like Heterostructures of MoS
2/Graphene with Enlarged Interlayer Spacing and Enhanced Hydrophilicity as High-Performance Cathodes for Aqueous Zinc-Ion Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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