過(guò)渡金屬硫化物由于具有較高的理論容量而成為堿金屬離子電池的電極材料。然而，由于離子遷移和電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)緩慢，導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性和速率性能較差，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。在此，我們開(kāi)發(fā)了兩步局部碳化和硫化的方法，從原位集成的咪唑酸沸石骨架(ZIF-67)和多壁碳納米管前驅(qū)體(ZIF-67@CNTs)構(gòu)建了CoS
2復(fù)合材料(CoS
2@CNTs@C)。所制備的具有納米碳骨架的CoS
2@CNTs@C復(fù)合材料繼承了ZIF-67的大比表面積和合適的納米孔尺寸分布，以及CNTs中令人難以置信的豐富的含氧官能團(tuán)。理論計(jì)算和材料表征表明，多孔碳網(wǎng)絡(luò)上的含氧官能團(tuán)加速了鋰離子的擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移，特別是電催化了Li
2S
6向最終產(chǎn)物L(fēng)i
2S的逐步轉(zhuǎn)化。同時(shí)，三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)保證了CoS
2@CNTs@C在重復(fù)儲(chǔ)鋰過(guò)程中的導(dǎo)電和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此,CoS
2@ CNTs@C電極材料在200 mA g
-1時(shí)，初始放電容量為1282.3 mA h g
-1，庫(kù)侖效率高達(dá)93.5%,在2000 mA g
-1時(shí)，600次循環(huán)的可逆容量為558.8 mA h g
-1，容量保持率高達(dá)96.1%。
圖 1. CoS2@CNTs@C復(fù)合材料局部碳化和硫化示意圖。
圖2 (a) ZIF-67@CNTs的SEM和(b) SEM和EDS圖像，(c)粉末XRD圖，(d) HRTEM圖，(e) TEM圖，(f)氮?dú)馕浇馕葴鼐€和孔徑分布，(g)在氣流為CoS
2@CNTs@C時(shí)的TGA曲線。
圖 3. (a)拉曼光譜，(b) C 1s， (C) O 1s， (d) N 1s XPS光譜，(e) CoS2@CNTs@C的FTIR光譜，(f) FTIR對(duì)比結(jié)果。
圖4。(a)局部電子函數(shù)圖及C和(b) -OC-的計(jì)算模型。(c) Li
2S
6與CoS
2@CNTs@C和CoS
2+C混合溶液靜置2 h后的紫外可見(jiàn)光譜。插圖:從左到右分別為10 mmol L
-1 Li
2S
6及其與CoS
2@CNTs@C和CoS
2+C混合溶液的光學(xué)圖像。(d) CoS
2@CNTs@C與Li
2S
6混合物的Li 1s XPS光譜。(e) Li
2S
6的吸附構(gòu)型和電子密度分布，(f) OC-Li
2S
6的結(jié)構(gòu)。(g) LiPS還原反應(yīng)的LSV曲線和(h) CoS
2@CNTs@C、CoS
2+C和玻碳電極的Tafel曲線。(i) CoS
2@CNTs@C的CV圖。(j)不同電壓下的Ea分布圖。含Li
2S
6對(duì)稱(chēng)電池中CoS
2@CNTs@C和CoS
2+C電極在100 mA g
-1時(shí)的(k) CV曲線。(l)標(biāo)準(zhǔn)電池中CoS
2@ CNTs@C和CoS
2+C電極的充放電曲線。
圖5 (a) 200 mA g1時(shí)的循環(huán)曲線，(b) 0.5 mV s時(shí)的CV曲線，(c) 200 mA g
-1時(shí)的循環(huán)性能，(d)速率能力，以及(e) CoS
2@CNTs@C電極在2000 mA g
-1時(shí)的長(zhǎng)期循環(huán)性能。CoS
2@CNTs@C與文獻(xiàn)報(bào)道的CoS
2復(fù)合材料的對(duì)比圖，(f)比容量，(g)速率能力。
圖6 CoS
2@CNTs@C經(jīng)過(guò)60次循環(huán)后的(a) SEM、(b) TEM和(c) HRTEM圖像(GC =石墨化碳)和(d)粉末XRD圖譜。
圖7 CoS
2@CNTs@C在循環(huán)過(guò)程中的氧化還原反應(yīng)示意圖。
相關(guān)科研成果由北京科技大學(xué)Fang Lian團(tuán)隊(duì)于2021年發(fā)表在ACS Nano (https://pubs.acs.org/10.1021/acsnano.1c09446)上。原文：Sulfide with Oxygen-Rich Carbon Network for Good Lithium-Storage Kinetics。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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