近期，北京理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)制備出了一種新型的二硫化鉬（MoS2）復(fù)合材料——雙二維MoS2-石墨烯核殼結(jié)構(gòu)，其具有較高的容量、較強(qiáng)的電子運(yùn)輸能力、良好的循環(huán)性能和較小的體積膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，因而適合應(yīng)用于高性能金屬離子電池中。
雙二維MoS2-石墨烯復(fù)合材料制備示意圖（圖源：Guoqiang Tan/Nano Energy）
基于材料來源廣泛，合理生產(chǎn)成本和對(duì)生態(tài)環(huán)境較為友好等特點(diǎn)，金屬離子電池非常有潛力滿足未來大規(guī)模能源存儲(chǔ)的需求。常見的金屬離子電池有鋰離子電池、鋅離子電池、鈉離子電池和鋁離子電池等。然而，這些儲(chǔ)能電池均存在一定的不足，比如能量/功率密度較低和循環(huán)壽命較短等。
有鑒于此，研究者開發(fā)了一種較有潛力的負(fù)極材料即二硫化鉬二維材料。據(jù)中鎢在線了解，MoS2是一種典型的層狀過渡金屬硫化物半導(dǎo)體材料，具有較高的理論比容量（~670mAh/g）和較短的離子運(yùn)輸距離，適合高性能儲(chǔ)能電池的制造。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，該材料存在體積效應(yīng)大、導(dǎo)電性差和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)緩慢的缺點(diǎn)，因而阻礙了它的發(fā)展。
二硫化鉬
為解決上述問題，北京理工大學(xué)研究者使用了金屬-熱同步合成方法，依據(jù)M+CS2=MS2+C（M為Mo，W，Ti，Zr，V等）的反應(yīng)機(jī)理，原位構(gòu)筑雙二維MS2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)。以鉬為例，在氬氣的環(huán)境下煅燒二硫化碳和金屬鉬，便可生成被石墨烯包裹的MoS2晶體，形成雙二維MoS2-石墨烯核殼結(jié)構(gòu)。
研究表明，雙二維MoS2-石墨烯復(fù)合材料具有較強(qiáng)的電子運(yùn)輸能力、較高的容量、較快的儲(chǔ)鋰能力以及優(yōu)異的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)，因而適合制造高性能負(fù)極材料。該研究成果已以“Metallothermic-synchronous construction of compact dual-two-dimensional MoS2-graphene composites for high-capacity lithium storage”發(fā)表在國際頂級(jí)期刊Nano Energy上。
