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同济大学化学科学与工程学院Ming Wen--钠离子电池负极的双碳设计策略:具有 rGO 封装的开放框架碳球上的介孔 CoS2/CoO
       具有高理论容量的过渡金属硫化物和氧化物被认为是钠离子电池(SIB)的有希望的负极候选物;然而,它们存在关键问题,包括电化学动力学缓慢和长期稳定性差。 在此,提出了一种“双碳”设计策略以与高活性异质结集成以克服上述问题。 在这种新设计中,CoS2/CoO 空心十二面体异质结夹在开放框架碳球 (OFC) 和还原氧化石墨烯 (rGO) 纳米膜 (OFC@CoS2/CoO@rGO) 之间。CoS2/CoO异质结有效地促进其表面的电子转移,并通过其由纳米点组装的分级中空结构提供更多的电化学活性位点。同时,双碳框架形成了一个高导电网络,具有更好的倍率能力。更重要的是,双碳结构可以极大地缓冲电极材料在充放电过程中的体积膨胀和稳定的反应界面。受益于它们的协同效应,OFC@CoS2/CoO@rGO 电极在 0.05 A g-1 时实现了460 mAh g-1的高可逆容量,并且在电流密度增加 200 倍时仍能保持 205.3 mAh g-1。SIBs的阳极材料。它们的循环性能也非常出色,在1 A g-1的高电流密度下经过 3500 次充电/放电循环后仍保持 161 mAh g-1 的容量。 双碳策略被证明对增强反应动力学和长期循环性能有效,为制备其他高性能电极材料提供了重要指导。
 
 
图 1. OFC@CoS2/CoO@rGO 的三明治和多孔纳米结构球的 3D 结构和合成过程及其钠化/脱钠过程示意图。
 
 
图 2. 形态特征。  (a-c) 分别为OFC、OFC@ZIF-67和OFC@CoS2/CoO的SEM图像;  (d 和 e) OFC@CoS2/CoO 不同放大倍率的 TEM 图像,(f) SEM 图像,(g) TEM 图像,(h) 带有嵌入 SAED 图案的 HRTEM 图像,以及 (i) 元素映射与 OFC@ 的 EDS  CoS2/CoO@rGO。
 
 
图 3. 结构表征。 (a) XRD 图案和 (b) 制备样品的拉曼光谱;  (c-f)OFC@CoS2/CoO@rGO 的全 XPS 和高分辨率 XPS 光谱。
 
  
图 4. 电化学特性。(a)OFC@CoS2/CoO@rGO在0.1 mV s-1下前三个循环的CV曲线和(b)前三个循环和第50个循环在0.05 A g-1下的电压曲线; (c 和 d) 倍率性能及其充电/放电曲线,(e) 奈奎斯特图,和 (f) 对照和目标样品在 0.1 A g-1 下的循环性能;(g)OFC@CoS2/CoO@rGO 在 0.5 和 1 A g-1 下分别循环 1000 次和 3500 次的长期循环性能(插图,循环前后电极材料的 SEM 图像)。
 
  
图5. OFC@CoS2/CoO@rGO的电化学原理分析。  (a) 不同扫描速率下的 CV 曲线;  (b) log(i) 和 log(v) 之间的关系;  (c) 不同扫描速率下的电容和扩散控制贡献率;  (d) 在 2.0 mV s-1 时电容和扩散控制贡献区域的分离。
  
       相关研究成果由同济大学化学科学与工程学院Ming Wen等人2022年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c06551)上。原文:Dual Carbon Design Strategy for Anodes of Sodium-Ion Battery: Mesoporous CoS2/CoO on Open Framework Carbon-Spheres with rGO Encapsulating。
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