福州大学魏明灯教授Chem. Eur. J. ：基于磺酸基金属有机框架原位合成MxSy/NSC复合材料的通用策略及储能机理的研究

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福州大学魏明灯课题组报道了一种基于磺酸基金属有机框架材料合成金属硫化物/碳复合材料新的通用策略。与已有的合成方法相比，在不需要加入额外的硫源情况下，磺酸基金属有机框架自身的磺酸基团与金属离子原位硫化形成了金属硫化物，展现了优良的锂/钠离子的存储性能。

金属硫化物(M_xS_y)材料因其丰富的活性位点和较高的理论容量,被视为锂/钠离子电池理想的电极材料候选者之一。然而金属硫化物在储能器件中的应用仍需至少解决两个关键的挑战：（1）在充放电过程中，由于体积变化大，材料粉化严重导致循环稳定性差;(2)由于电解液中多硫化物的溶解导致容量快速衰减。纳米工程和复合材料被视为解决上述问题的有效方法。金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料，具有比表面积大，结构可控，孔径可调等优点，广泛的应用于催化、气体分离/储存、传感器、能源存储等领域。因此，基于MOFs的结构优势，构建金属硫化物/碳复合材料成为研究的一个重要方向。

基于上述考虑，福州大学魏明灯课题组合成了一系列磺酸基金属有机框架前驱体材料，并在不将入额外硫源情况下，一步煅烧合成了不同的金属硫化物/碳复合材料(M_xS_y/NSC, Fe₇S₈/NSC, Co₉S₈/NSC, Ni₉S₈/NSC, Cu_1.96S/NSC, MnS/NSC, ZnS/NSC)。前驱体中的磺酸基团和金属离子原位合成了金属硫化物(M_xS_y)和N/S 共掺杂的碳(NSC) (图1).

图1 M_xS_y/NSC复合材料合成示意图

电化学测试结果（图2）表明, M_xS_y/NSC电极显示了优异的Li⁺/Na⁺存储性能。其中，Fe₇S₈/NSC用于锂离子电池电极时，在5 A g^-1的电流密度下循环1500圈后仍然有645 mA h g^-1的容量。同样的电流密度下，钠离子电池循环1000圈后仍保留了426.6 mA h g^-1的容量。

图2. M_xS_y/NSC复合材料的长循环性能:(a) LIBs; (b) SIBs.

在这项工作中，作者通过合成一系列磺酸基金属有机框架前驱体，以前驱体自身磺酸基为硫源一步法合成了不同的金属硫化物/碳复合材料，这一通用的策略为以金属有机框架材料为前驱体合成复合材料提供了新的思路。

原文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.202004241

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