過渡金屬硫化物由于具有較高的理論容量而成為堿金屬離子電池的電極材料。然而，由于離子遷移和電子轉(zhuǎn)移動力學(xué)緩慢，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性和速率性能較差，阻礙了其實際應(yīng)用。在此，我們開發(fā)了兩步局部碳化和硫化的方法，從原位集成的咪唑酸沸石骨架(ZIF-67)和多壁碳納米管前驅(qū)體(ZIF-67@CNTs)構(gòu)建了CoS
2復(fù)合材料(CoS
2@CNTs@C)。所制備的具有納米碳骨架的CoS
2@CNTs@C復(fù)合材料繼承了ZIF-67的大比表面積和合適的納米孔尺寸分布，以及CNTs中令人難以置信的豐富的含氧官能團。理論計算和材料表征表明，多孔碳網(wǎng)絡(luò)上的含氧官能團加速了鋰離子的擴散和電子轉(zhuǎn)移，特別是電催化了Li
2S
6向最終產(chǎn)物L(fēng)i
2S的逐步轉(zhuǎn)化。同時，三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)保證了CoS
2@CNTs@C在重復(fù)儲鋰過程中的導(dǎo)電和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此,CoS
2@ CNTs@C電極材料在200 mA g
-1時，初始放電容量為1282.3 mA h g
-1，庫侖效率高達93.5%,在2000 mA g
-1時，600次循環(huán)的可逆容量為558.8 mA h g
-1，容量保持率高達96.1%。
圖 1. CoS2@CNTs@C復(fù)合材料局部碳化和硫化示意圖。
圖2 (a) ZIF-67@CNTs的SEM和(b) SEM和EDS圖像，(c)粉末XRD圖，(d) HRTEM圖，(e) TEM圖，(f)氮氣吸附解吸等溫線和孔徑分布，(g)在氣流為CoS
2@CNTs@C時的TGA曲線。
圖 3. (a)拉曼光譜，(b) C 1s， (C) O 1s， (d) N 1s XPS光譜，(e) CoS2@CNTs@C的FTIR光譜，(f) FTIR對比結(jié)果。
圖4。(a)局部電子函數(shù)圖及C和(b) -OC-的計算模型。(c) Li
2S
6與CoS
2@CNTs@C和CoS
2+C混合溶液靜置2 h后的紫外可見光譜。插圖:從左到右分別為10 mmol L
-1 Li
2S
6及其與CoS
2@CNTs@C和CoS
2+C混合溶液的光學(xué)圖像。(d) CoS
2@CNTs@C與Li
2S
6混合物的Li 1s XPS光譜。(e) Li
2S
6的吸附構(gòu)型和電子密度分布，(f) OC-Li
2S
6的結(jié)構(gòu)。(g) LiPS還原反應(yīng)的LSV曲線和(h) CoS
2@CNTs@C、CoS
2+C和玻碳電極的Tafel曲線。(i) CoS
2@CNTs@C的CV圖。(j)不同電壓下的Ea分布圖。含Li
2S
6對稱電池中CoS
2@CNTs@C和CoS
2+C電極在100 mA g
-1時的(k) CV曲線。(l)標準電池中CoS
2@ CNTs@C和CoS
2+C電極的充放電曲線。
圖5 (a) 200 mA g1時的循環(huán)曲線，(b) 0.5 mV s時的CV曲線，(c) 200 mA g
-1時的循環(huán)性能，(d)速率能力，以及(e) CoS
2@CNTs@C電極在2000 mA g
-1時的長期循環(huán)性能。CoS
2@CNTs@C與文獻報道的CoS
2復(fù)合材料的對比圖，(f)比容量，(g)速率能力。
圖6 CoS
2@CNTs@C經(jīng)過60次循環(huán)后的(a) SEM、(b) TEM和(c) HRTEM圖像(GC =石墨化碳)和(d)粉末XRD圖譜。
圖7 CoS
2@CNTs@C在循環(huán)過程中的氧化還原反應(yīng)示意圖。
相關(guān)科研成果由北京科技大學(xué)Fang Lian團隊于2021年發(fā)表在ACS Nano (https://pubs.acs.org/10.1021/acsnano.1c09446)上。原文：Sulfide with Oxygen-Rich Carbon Network for Good Lithium-Storage Kinetics。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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