三单位联合​Adv. Sci.：中空碳和 MXene 双增强 MoS2用于大倍率和高容量储钠系统

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三单位联合​Adv. Sci.：中空碳和 MXene 双增强 MoS2用于大倍率和高容量储钠系统
钠离子电池（SIB）和钠离子电容器（SIC）是经济高效的大规模储能装置的理想候选者。然而，传统负极材料的低速动力学和低容量阻碍了它们的实际应用。
三单位联合​Adv. Sci.：中空碳和 MXene 双增强 MoS2用于大倍率和高容量储钠系统
在此，澳大利亚格里菲斯大学张雷，重庆大学张斌伟，江苏师范大学王迎等人介绍了一种新颖的设计，其特点是层扩展的 MoS2 通过中空的 N、P-掺杂碳作为内支撑体和表面基团丰富的 MXene 作为外支撑体进行双重加固，从而形成交联的复合材料（NPC@MoS2/MXene）。
其中，中空的 N、P-掺杂碳可有效防止 MoS2 层的聚集，并缩短电解质与电极之间的距离。导电的 MXene 外表面包裹着内部的 NPC@MoS2 单元，形成了相互连接的通道，实现了高效的电荷转移和扩散，确保了快速的动力学和更高的电极利用率。当电流密度从 100 mA g-1 增加到 5000 mA g-1 时，它对 SIB 的可逆容量高达 453 mAh g-1，具有显著的循环稳定性和优异的倍率性能，容量保持率为 54%。
结合活性碳（AC），NPC@MoS2/MXene//AC SIC 在 254 W kg-1 的条件下实现了 136 Wh kg-1 的高能量密度，在 27 Wh g-1 的条件下实现了 5940 W kg-1 的高功率密度，并保持了出色的稳定性。
三单位联合​Adv. Sci.：中空碳和 MXene 双增强 MoS2用于大倍率和高容量储钠系统
图1. NPC@MoS2/MXene、NPC@MoS2 和 MoS2/MXene 的 Na 存储机制
总之，该工作所制备的 NPC@MoS2/MXene 复合材料具有以下优点：首先，该材料扩大了 MoS2 片的层间距离，在硫化过程中，无定形碳层可以原位插层到 MoS2中。这种插层为 Na 的快速扩散提供了足够的通道。其次，为保护 MoS2 层在循环过程中不被降解，使用了中空的 NPC 多面体作为内部基质来锚定 MoS2 片，从而形成了 NPC@MoS2 单元。最后，NPC@MoS2 单元被MXene 进一步封装，从而引入了交联的高导电通道。分析表明，NPC@MoS2 和 MXene 之间具有协同耦合效应，可产生强大的电子相互作用，确保目标电极的完整性。
此外，由于结构设计合理，NPC@MoS2/MXene 复合材料在氧化还原反应中表现出良好的电容行为和优异的电化学可逆性。因此，制备的 NPC@MoS2/MXene 复合材料在 SIB 和 SIC 方面都表现出了优异的电化学性能。
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图2. 组装的 NPC@MoS2/MXene//AC SIC 的电化学性能分析
Hollow Carbon and MXene Dual-Reinforced MoS2 with Enlarged Interlayers for High-Rate and High-Capacity Sodium Storage Systems, Advanced Science 2024 DOI: 10.1002/advs.202400364

原创文章，作者：Jenny（小琦），如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/03/18/636b08e0d5/

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