調(diào)控原子界面催化過程可實現(xiàn)高效儲鈉
在“雙碳”目標(biāo)下，可再生能源逐步成為能源消費增量的主體。在推動可再生能源利用的關(guān)鍵技術(shù)中，儲能技術(shù)的發(fā)展已成為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要支撐技術(shù)之一。近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員鄧德會團(tuán)隊與鄭州大學(xué)教授張佳楠團(tuán)隊合作，在儲能技術(shù)領(lǐng)域又有新突破。團(tuán)隊通過界面化學(xué)工程將二維2H-MoS2納米片組裝在氮摻雜碳限域的鐵原子催化劑（Fe(SA)-N-C）載體上，并將其作為鈉離子電池的負(fù)極材料，在Fe(SA)-N-C的催化作用下，有效調(diào)控了1T/2H-MoS2在充放電過程中的相變和結(jié)構(gòu)演化過程，從而實現(xiàn)了高效儲鈉。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
與技術(shù)相對成熟的鋰離子電池相比，鈉離子電池因鈉資源豐富、成本低廉等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。MoS2已被認(rèn)為是最有前途的鈉離子電池負(fù)極材料之一，但由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，且在充放電過程中MoS2結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致部分容量不可逆。因此，在充放電過程中精準(zhǔn)調(diào)控MoS2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及相變可逆性是提高其儲鈉性能的關(guān)鍵。
本次工作中，研究團(tuán)隊通過界面化學(xué)工程將二維2H-MoS2納米片組裝在Fe(SA)-N-C載體上，發(fā)現(xiàn)在功函數(shù)差異的驅(qū)動作用下，F(xiàn)e(SA)-N-C的電子會向2H-MoS2轉(zhuǎn)移，進(jìn)而增強了富電子MoS2上的S位點對鈉離子的吸附作用。而缺失電子的Fe(SA)-N-C上的Fe位點的自旋態(tài)會發(fā)生改變，從而優(yōu)化了Fe位點的電子結(jié)構(gòu)和催化活性，相較于氮摻雜碳和純碳，F(xiàn)e(SA)-N-C限域的Fe位點可以在充放電過程中有效促進(jìn)1T/2H-MoS2的相變和結(jié)構(gòu)演化過程，從而實現(xiàn)高效儲鈉。因此，MoS2/Fe(SA)-N-C展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在2.0 A g-1的大電流密度下經(jīng)過2000次循環(huán)后，儲鈉容量仍保持在350 mA h g-1左右。
該研究為設(shè)計高活性和高穩(wěn)定性的鈉離子負(fù)極材料提供了新思路。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202218282
