石墨烯纳米带与MoS2再次完美缔合

在电化学储能领域，MoS₂材料具有易合成和高容量的特点，但低导电性以及离子脱嵌造成的较大体积膨胀问题，削弱了其倍率性能。截止目前，已经发展了许多方法以解决上述问题。近日，大连理工大学的Liu等人利用石墨烯纳米带(GNRs)"边缘效应"首次合成了高储钠和储锂性能的层间扩孔3D MoS₂/GNRA，其成果发表于国际顶级碳材料期刊Carbon(IF=6.198，2016年)上。

图1. 锂离子电池电化学性能测试

作者以石墨烯纳米带和(NH₄)₂MoS₄ 作为前驱体，采用热退火策略进行材料合成。测试表明，材料的电化学性能极其优异：作为锂离子电池负极材料时，在30A/g高电流密度下容量可达303mAh/g；以10A/g 循环1800次后仍能稳定维持；作为钠离子电池负极材料时，在0.5-15A/g 的电流密度下比容量达372-203 mAh/g，同时以5A/g 循环1500 次后容量依然能够保持在158mAh/g。

图2. 钠离子电池电化学性能测试

此外，作者对于材料表现出的优异倍率和循环性能做出了解释：

• 生长于GNRs 边缘的MoS₂ 具有较大的晶面距，可以提供更多的锂和钠存储位点，有利于提高初始容量，降低Li⁺和Na⁺迁移障碍，改善倍率性能。

• 在循环过程中产生了S和多硫化物，与此同时GNRs 充当导电网络并作为S与多硫化物的吸附剂，从而有助于容量的提升并改善循环稳定性。

• 纳米级MoS₂ 纳米片分散于GNRA 表面，能够缓冲部分脱嵌期间颗粒体积膨胀产生的应力。

• 较裸露的MoS₂ 而言，MoS₂/GNRA 拥有更大的比表面积(43.5 vs 23.4m^2/g)，同时3D多空孔构提供了大量的通道，从而有利于电解液和离子的迁移。

制备方法：

• GONRs的合成：将1.0g CNTs 加入到130ml 浓H₂SO₄ 中超声0.5h，接着在室温下机械搅拌1h。然后将5.0g KMnO₄缓慢加入到上述溶液中，分别在室温下反应1h，70°C反应2h。之后将上述溶液缓慢倒入包含10ml 30wt% 的H₂O₂ 冰水浴中，最后离心水洗至少五次并重新分散于水中形成均相。

• MoS₂/GNRA的合成：将30mg (NH₄)₂MoS₄ 加入到5ml GONRs分散液中，并超声30min以形成均相，接着将上述溶液倒入玻璃小瓶中95°C加热2h以形成GNR水凝胶。随后冷冻干燥，并在Ar气保护下800°C 退火1h得到最终产物MoS₂/GNRA。

• MoS₂/GA, GNRA, MoS₂的合成：使用与MoS₂/GNRA合成相似的方法，利用石墨烯气凝胶合成MoS₂/GA；GNRA通过直接冻干并退火GONRs的冷冻液得到；MoS₂则由(NH₄)₂MoS₄在Ar气氛围中800°C热沉积1h得到。

图3. MoS₂/GNRA的合成示意图

Yang Liu, Xuzhen Wang, etal, Interlayer expanded MoS2 enabled by edge effect of graphene nano-ribbons for high performance lithium and sodium ion batteries, Carbon (2016).

 欢迎关注能源学人！

本文主要参考以上所列文献，文字、图片和视频仅用于对文献作者工作的介绍、评论，不得作为任何商业用途。如有任何版权问题，请随时与我们联系。

声明：

1.本文版权归能源学人工作室所有，欢迎转载，但请注明文章来源并保留我们的微信公众号二维码（邮箱/[e-mail] ）！

2.因学识所限，难免有所错误和疏漏，恳请批评指正！期待能与大家相互学习交流！