异质结构工程与碳质材料相结合，在促进缓慢动力学、提高电子电导率和缓解用于高性能储钠的过渡金属硫化物电极的巨大扩展方面显示出巨大的希望。在此，通过连续热解和硫化方法合理设计并制备了包裹在N掺杂碳纳米管(Fe₇S₈/FeS₂/NCNT)中的硫化铁基异质结构。制备的Fe₇S₈/FeS₂/NCNT异质结构继承了NCNT提供的大量晶格缺陷和足够的缓冲空间，使Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极具有高的钠储存活性、快速的离子扩散动力学和优异的电化学可逆性。Fe₇S₈/FeS₂/NCNT异质结构在1.0 A g⁻¹下具有403.2 mAh g⁻¹的高可逆容量，可达100次循环，在酯基电解质中具有优异的倍率容量(273.4 mAh g⁻¹,20.0 A g⁻¹)。同时，电极在醚基电解质中也表现出长期的循环稳定性(在5.0 A g⁻¹下循环1000次后为466.7 mAh g⁻¹)和出色的倍率能力(在20.0 A g⁻¹下为536.5 mAh g⁻¹)。这种优异的性能主要归功于钠离子在醚基电解质中的快速扩散动力学、高电容贡献和方便的界面动力学。
 
Fig 1. Fe₇S₈/FeS₂/NCNT制备示意图，(b) SEM图像，(c) TEM图像，(d) HRTEM图像，(e) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT的STEM和相应的元素映射图像；
 
Fig 2. (a) Fe₇S₈/NCNT、FeS₂/NCNT和Fe₇S₈/FeS₂/NCNT的XRD谱图和(b)拉曼光谱。Fe₇S₈/FeS₂/NCNT的XPS光谱:(c) Fe 2p，(d) S 2p，(e) C 1s和(f) N 1s；
 
Fig 3. (a)在0.2 mV s⁻¹下的第一次CV曲线的比较；(b) Fe₇S₈/NCNT、FeS₂/NCNT和Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极的循环性能和(c)速率能力；(d)不同扫描速率下(0.2 ~ 0.8 mV s⁻¹)的CV曲线；(e) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极的峰值电流Log (i)与扫描速率Log (v)的线性关系；(f) Fe₇S₈/NCNT、FeS₂/NCNT和Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在1.0 A g⁻¹下循环50次后的Nyquist图；(g)不同充放电状态下的XRD等高线图；(h) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在碱化和解盐过程中的反应机理说明；
  Fig 4. (a) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在酯/醚基电解质中的循环性能和(b)速率性能比较；(c)两种不同电解质在不同电流密度下的相应比容量；
 
Fig 5.  (a)原始Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极的SEM和(d)截面图。在1.0 A g⁻¹下循环100次后，(b, e)醚和(c, f)酯基电解质的SEM和横截面图像；Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在两种电解质(g) C 1s，(h) O 1s，(i) F 1s中循环100次后的XPS光谱比较；
 
Fig 6. (a)不同扫描速率下(0.2 ~ 0.8 mV s⁻¹)的CV曲线；(b)峰值电流Log (i)与扫描速率Log (v)的线性关系；(c) Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在醚基电解质中不同扫描速率下电容性和扩散控制行为的容量贡献；在(d)醚基和(e)酯基电解质中，Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在1 A g⁻¹从0.01到107 Hz的频率下第1、10、20和50次循环的Nyquist图，以及(f)相应的Rct值；(g)在0.01 ~ 3v电压下，Fe₇S₈/FeS₂/NCNT电极在前两个循环中随时间变化的曲线以及钠离子在不同电解质初始(h)放电和(i)充电过程中的扩散系数.
 
      相关研究工作由扬州大学Jiabao Li和Tianyi Wang课题组于2023年在线发表在《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Interface Engineering of Fe₇S₈/FeS₂ Heterostructure in situ Encapsulated into Nitrogen‑Doped Carbon Nanotubes for High Power Sodium‑Ion Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号