郭少军: 用于高性能钾离子储存的类开心果壳状的MoSe2/C核/壳纳米结构

fuzao

钾离子电池由于其钾在地壳中含量丰富且具有与锂离子电池相似的脱嵌机制，已经成为了储能领域的研究热点。KIBs的研究仍处于初期阶段。通常，石墨是KIBs最常见的阳极，理论容量为279 mAh g-1。由于它们相对较大的层间距和高电子导电性，大量的含碳材料作为KIBs的阳极被研究。然而，由于其晶体结构的膨胀和崩溃，循环稳定性和容量保持率不能达到要求。过渡金属硒化物具有高容量，安全且转换反应的高可用性和窄带隙半导体特性，是碱离子嵌入/脱嵌的理想阳极材料。然而，大尺寸K离子插层后的大体积膨胀不可避免地影响KIB的循环稳定性。柔性碳基体可以缓冲体积变化，保持电极材料的完整性，同时提高电子电导率。此外，中空纳米结构可以承受大的机械应变，但它们的填充密度是相对低的，由于过剩的内部空隙空间，从而导致电池低的体积能量和功率密度。在这方面，设计高堆积密度的碳中空结构类似物具有重要意义，但实现这一目标仍然是一个很大的挑战。

近日，北京大学郭少军教授团队报道了一类开心果状的MoSe2/C核壳纳米结构（PMC）的合成，其扩展的MoSe2层间距为0.85nm，作为用于提高KIBs的容量，倍率能力和循环稳定性的先进阳极材料。与电池填充密度较低的普通中空结构相比，独特的开心果形纳米结构可以更好地提高填充密度，不仅可以促进电子转移和K离子扩散，还可以保持充放电过程中的结构稳定性。此外，沿着碳表面，电子可以流畅地从一侧流向另一侧，并且碳可以限制所形成的硒化钼纳米片，进一步保持其结构稳定性，改善速率行为和循环稳定性。 因此，经过1000次循环的长时间循环后，PMC仍可在极高的1.0 A g-1电流密度下提供226 mAhg-1的放电容量。 第一性原理计算表明，硒化钼块的能垒高于扩展硒化钼纳米片的表面，表明K离子在这种不寻常结构中的扩散更快。相关研究成果“Pistachio‐Shuck‐Like MoSe2/C Core/Shell Nanostructures for High‐Performance Potassium‐Ion Storage”为题发表在Advanced Materials上。