NML研究文章｜ReSe2碳纳米纤维：石墨烯修饰提高储钠/储钾性能

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Improved Na⁺/K⁺ Storage Properties of ReSe₂–Carbon Nanofibers Based on Graphene Modifications

Yusha Liao, Changmiao Chen, Dangui Yin, Yong Cai, Rensheng He*, Ming Zhang*

Nano-Micro Lett. (2019) 11: 22

https://doi.org/10.1007/s40820-019-0248-2

    本文亮点     

1  石墨烯掺杂能有效提高材料的导电性，并对碳纤维的直径起到调控作用。

2  石墨烯和碳纤维的协同作用使电极结构保持完整，同时有效缩短了离子的扩散路径。

3  将得到的ReSe₂碳纳米纤维应用于钠/钾离子半电池以及钠离子全电池，表现出较好的电化学性能。

         内容简介        

钠/钾离子电池由于具有与锂离子电池相似的理化性质且资源丰富，成为目前有望取代锂离子电池的新一代储能器件。

然而，钠/钾离子的半径均比锂离子大，大的离子半径更难以在电极材料之间反复的嵌入和脱出，从而导致电极材料结构破坏严重，倍率性能差。因此，需要进一步研究具有更大层间距以及结构柔韧性更好的电极材料。

近年来，过渡金属二硫化物由于其优异的性能引起了广泛的关注。但是二硫化物/二硒化物通常伴随着巨大的体积膨胀问题，导电性也需进一步提高。

另一方面，石墨烯能有效提高导电性，循环稳定性以及调控纳米材料的形貌。因此，利用碳纤维独特的结构，通过石墨烯掺杂等方法能极大的缓解二硒化物体积膨胀问题。

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湖南大学张明副教授课题组首次采用静电纺丝和固相热处理法制备了石墨烯掺杂的ReSe₂碳纳米纤维。

该复合材料用做钠离子/钾离子半电池时，表现出优异的储钠/储钾性能。进一步研究该材料在钠离子全电池中的应用，200个循环后容量保留高达82%。

      图文导读      

石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维的制备

首先通过静电纺丝法制备铼氧化物碳纳米纤维，再通过固相热处理将铼氧化物碳纳米纤维与硒粉混合加热，得到ReSe₂碳纳米纤维。

图1 石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维的制备原理图。

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石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维的结构和微观形貌

SEM图显示石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维保持了完整的纤维结构，且纤维表面光滑，没有观察到明显的金属颗粒。

HRTEM图通过晶格证实了ReSe₂纳米颗粒的存在。元素分布图显示Re, Se和C元素均匀分布于碳纤维中。

图2 （a-e）SEM图；（f）HRTEM图；（g）元素分布图。

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石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维的电化学性能

图3，4说明石墨烯通过提高材料的导电性，保护电极材料结构完整，其电化学性能相比于无石墨烯掺杂的材料有了明显的提高。

图3 石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维的储钠性能：（a）CV曲线; （b）充放电曲线；（c）循环性能曲线；（d）倍率性能曲线。

图4 石墨烯掺杂ReSe₂碳纳米纤维的储钾性能：（a）CV曲线; （b）充放电曲线；（c，d）循环性能曲线；（e）倍率性能曲线。

作者简介

张明

（本文通讯作者）

副教授、博士生导师、岳麓学者

湖南大学物理与微电子科学学院

主要从事储能材料与器件、超敏感气体探测器等研究方向。

主页链接：

https://www.scholarmate.com/P/mzhang_hnu

何仁生

（本文通讯作者）

教授

湖南大学物理与微电子科学学院

E-mail：[e-mail]

廖雨莎

（本文第一作者）

硕士研究生

湖南大学物理与微电子科学学院

主要研究方向：钠离子电池、钾离子电池

E-mail: [e-mail]

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