硫化锑因其作为钠离子电池(SIBs)阳极的卓越理论性能而备受关注。但其结构稳定性差，反应动力学缓慢。构建共价化学链将硫化锑固定在二维导电材料上是克服这一挑战的有效策略。通过Ti-O-Sb和S-Ti的共价键合，将单分散的Sb₂S₃均匀固定在Ti₃C₂T_x MXene表面，制备了Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料。Ti₃C₂T_x MXene既可作为电荷存储贡献者，又可作为柔性导电缓冲，以保持电极的结构完整性。系统分析表明，高效界面化学连接的构建可以桥接Sb₂S₃纳米粒子与Ti₃C₂T_x MXene之间的物理间隙，从而提高界面电荷转移效率。此外，界面共价键还可以有效地限制Sb₂S₃纳米颗粒及其相应的还原产物在Ti₃C₂T_x MXene表面的形成。得益于其独特的结构，Ti₃C₂-Sb₂S₃阳极在0.2 a g^-1循环300次后，可提供475 mAh g^-1的高可逆容量，甚至在1.0 a g^-1循环500次后仍保持410 mAh g^-1。这一策略有望为SIBs的界面化学连接的合理设计提供更多的线索。
 
  
图1 Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料制备示意图
 
 
图2。低聚Ti₃C₂T_x MXene的SEM (a,b)和TEM (c)图像。Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料的SEM (d,e)和TEM (f,g)图像。h) Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料的HRTEM图像和i)含有重叠、Ti、C、Sb和S (i1 i5)元素映射图像的HADDF图像。
 
  
图3 (a) Ti₃C₂T_x MXene、Sb₂S₃粒子和Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料的XRD谱图和(b)拉曼光谱。(c,d)不同区域的拉曼光谱比较。(e)不同样品的TG曲线和f) FT-IR谱图。
 
 
图4。(a) Sb 3d, (b) S2p, (c,d) c 1s, (e,f) Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料和Ti₃C₂T_x MXene的高分辨率XPS谱图
 
  
图5。Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料在SIBs中的电化学性能(a) CV测量在0.1 mV s^-1在0.01-2.5V。(b) 0.1 A g^-1恒电流充放电曲线(c) 0.2 A g^-1的短期循环性能和库仑效率。(d)速率循环性能和(e)不同电流密度恒流充放电曲线。(f) 长期循环性能和1.0 A g^-1的库仑效率。
 
 
  
图6。(a)低聚Ti₃C₂T_x MXene, (b) Sb₂S₃粒子，(c) Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料在不同扫描速率下的CV曲线。(d)峰值电流与扫描速率平方根的关系。(e)计算扩散系数。(f)对数阴极峰值电流与对数扫描速率的关系。(g) Ti₃C₂-Sb₂S₃复合材料的电容和扩散贡献。(h)不同扫描速率下电容容量的归一化贡献率。
 
  
图7 (a)循环前和b)循环200次后，电流密度为0.2 a g^-1。c) R_s和d) R_ct的EIS拟合值。
  
        相关科研成果由中南大学Xinghua Chang和青岛大学Xingyun Li等人于2021年发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202104293)上。原文：Interfacial Covalent Bonding Endowing Ti₃C₂-Sb₂S₃ Composites High Sodium Storage Performance。

转自《石墨烯研究》公众号