锂原料持续消耗导致便携式移动电子设备和电动汽车开发大规模储能设备的前景受到一定的限制，探索新型储能技术具有重要意义。钠资源丰富、具有相对较低的氧化还原电位(φ_{Na /Na} = -2.71 V)和能量转换效率高等优点而成为储能领域的研究热点。然而钠离子具有较大的半径和适中的溶剂化能，使得该体系在储能过程中表面赝电容行为更加显著。因此，钠离子混合电容器作为一种新型的储能器件，兼顾了电池高能量密度和超级电容器高功率密度之优点，近年来受到了广泛关注。

  近日，西安建筑科技大学赵小军副教授团队以典型的二维过渡金属硫化物—MoS₂为研究对象，通过设计一种在三维g?C₃N₄/Graphene框架表面实现过渡金属硫化物的共价组装策略，构建了三维g?C₃N₄/Graphene负载共价键组装的二硫化钼纳米片与硫化亚锡纳米点（MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G）复合结构用于高性能的钠离子混合电容器，相关成果以“Covalent Fixing of MoS₂ Nanosheets with SnS Nanoparticles Anchored on g?C₃N₄/Graphene Boosting Fast Charge/Ion Transport for Sodium-Ion Hybrid Capacitors”为题发表在《ACS Applied Materials & Interface》上。西安文理学院的袁星老师为论文第一作者。此研究得到国家自然科学基金等资助支持。

图 1. MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G的合成示意图(a)，扫描电镜(b, c)，SEM图像和相应的元素分布图(d, e)，TEM (f, g)和HRTEM (h)。

图2. MoS₂和Sn-MoS₂的结构模型(a, d)，相应的电荷密度分布(b, e)，DOS图(c, f)。

图3. 钠离子半电池的电化学性能：MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G电极的CV（a）和GCD曲线（b），MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G、SnS@g-C₃N₄/G和MoS₂@g-C₃N₄/G电极的循环性能（c），倍率性能（d），MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G电极在2 A g^-1下的循环性能（e）。

图4. MoS₂-SnS@g-C₃N₄/G、SnS@g-C3N₄/G和MoS₂@g-C₃N₄/G负极对Na 储存的赝电容行为分析。不同扫描速率下的CV曲线(a-c)，log(i)和log(v)关系图（插图：不同氧化还原峰的b值总结）(d-f)，MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G在0.6 mV s^?1扫描下电容控制和扩散控制电流分离图(g)，不同扫描速率下赝电容贡献的百分比(h)。

图5. (a-c) 在电流密度0.1 A g^-1下循环150圈后MoS₂-SnS@g-C₃N₄/G电极的SEM(a)，TEM (b, c)和HRTEM图(d)。

图6. MoS₂?SnS@g-C₃N₄/G||AC钠离子混合电容器放电过程示意图(a)，不同扫描速率下的CV曲线(b)，充放电曲线(c)，Ragone图以及与文献中性能比较(d)， 2.0 A g^?1 时的循环性能(e)。

文献链接：

Xing Yuan, Shuting Qiu, Xiaojun Zhao, Covalent Fixing of MoS₂ Nanosheets with SnS Nanoparticles Anchored on g?C₃N₄/Graphene Boosting Fast Charge/Ion Transport for Sodium-Ion Hybrid Capacitors (ACS Appl. Mater. Interface, 2021, DOI: 10.1021/acsami.1c07535)

相关链接

https://doi.org/10.1021/acsami.1c07535