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       異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程與碳質(zhì)材料相結(jié)合，在促進(jìn)緩慢動力學(xué)、提高電子電導(dǎo)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(kuò)展方面顯示出巨大的希望。在此，通過連續(xù)熱解和硫化方法合理設(shè)計并制備了包裹在N摻雜碳納米管(Fe₇S₈/FeS₂/NCNT)中的硫化鐵基異質(zhì)結(jié)構(gòu)。制備的Fe₇S₈/FeS₂/NCNT異質(zhì)結(jié)構(gòu)繼承了NCNT提供的大量晶格缺陷和足夠的緩沖空間，使Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極具有高的鈉儲存活性、快速的離子擴(kuò)散動力學(xué)和優(yōu)異的電化學(xué)可逆性。Fe₇S₈/FeS₂/NCNT異質(zhì)結(jié)構(gòu)在1.0 A g⁻¹下具有403.2 mAh g⁻¹的高可逆容量，可達(dá)100次循環(huán)，在酯基電解質(zhì)中具有優(yōu)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(zhì)中也表現(xiàn)出長期的循環(huán)穩(wěn)定性(在5.0 A g⁻¹下循環(huán)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(yōu)異的性能主要歸功于鈉離子在醚基電解質(zhì)中的快速擴(kuò)散動力學(xué)、高電容貢獻(xiàn)和方便的界面動力學(xué)。
 
Fig 1. Fe₇S₈/FeS₂/NCNT制備示意圖，(b) SEM圖像，(c) TEM圖像，(d) HRTEM圖像，(e) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT的STEM和相應(yīng)的元素映射圖像；
 
Fig 2. (a) Fe₇S₈/NCNT、FeS₂/NCNT和Fe₇S₈/FeS₂/NCNT的XRD譜圖和(b)拉曼光譜。Fe₇S₈/FeS₂/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) Fe₇S₈/NCNT、FeS₂/NCNT和Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極的循環(huán)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) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極的峰值電流Log (i)與掃描速率Log (v)的線性關(guān)系；(f) Fe₇S₈/NCNT、FeS₂/NCNT和Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極在1.0 A g⁻¹下循環(huán)50次后的Nyquist圖；(g)不同充放電狀態(tài)下的XRD等高線圖；(h) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極在堿化和解鹽過程中的反應(yīng)機(jī)理說明；
  Fig 4. (a) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極在酯/醚基電解質(zhì)中的循環(huán)性能和(b)速率性能比較；(c)兩種不同電解質(zhì)在不同電流密度下的相應(yīng)比容量；
 
Fig 5.  (a)原始Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極的SEM和(d)截面圖。在1.0 A g⁻¹下循環(huán)100次后，(b, e)醚和(c, f)酯基電解質(zhì)的SEM和橫截面圖像；Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極在兩種電解質(zhì)(g) C 1s，(h) O 1s，(i) F 1s中循環(huán)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(guān)系；(c) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT電極在醚基電解質(zhì)中不同掃描速率下電容性和擴(kuò)散控制行為的容量貢獻(xiàn)；在(d)醚基和(e)酯基電解質(zhì)中，F(xiàn)e₇S₈/FeS₂/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(huán)的Nyquist圖，以及(f)相應(yīng)的Rct值；(g)在0.01 ~ 3v電壓下，F(xiàn)e₇S₈/FeS₂/NCNT電極在前兩個循環(huán)中隨時間變化的曲線以及鈉離子在不同電解質(zhì)初始(h)放電和(i)充電過程中的擴(kuò)散系數(shù).
 
      相關(guān)研究工作由揚(yáng)州大學(xué)Jiabao Li和Tianyi Wang課題組于2023年在線發(fā)表在《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Interface Engineering of Fe₇S₈/FeS₂ Heterostructure in situ Encapsulated into Nitrogen?Doped Carbon Nanotubes for High Power Sodium?Ion Batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號