據(jù)悉，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院楊金虎教授、張弛教授和復(fù)旦大學(xué)的車仁超教授一起設(shè)計(jì)出了一種二硫化鉬的新型結(jié)構(gòu)，即MoS2層間共價(jià)組裝超結(jié)構(gòu)，其能有效緩解二維材料在蓄電池應(yīng)用的不足，即能提高鋰/鈉離子電池的電子傳輸效率和使用壽命。
二維材料，是指電子僅可在兩個(gè)維度的納米尺度（1-100nm）上自由運(yùn)動(dòng)（平面運(yùn)動(dòng)）的材料，如納米薄膜、超晶格、量子阱。其因具有較大的層間距和較高的理論儲(chǔ)能容量，而被認(rèn)為是新一代高性能二次離子電池理想的電極材料。然而，該材料層間典型的弱范德華力作用，使得電子不能垂直于片層進(jìn)行跨層傳輸，降低了材料整體的電子傳輸效率；并且在離子反復(fù)脫嵌過(guò)程中層狀結(jié)構(gòu)也容易破壞，最終造成電池性能的嚴(yán)重劣化。
為此，同濟(jì)大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)研究者就以典型的層狀材料二硫化鉬為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)一種全新的共價(jià)組裝策略，構(gòu)建了二硫化鉬超薄納米片與硫化亞錫納米點(diǎn)以共價(jià)鍵組裝的中空超結(jié)構(gòu)用于高性能的鋰/鈉離子電池。具體優(yōu)勢(shì)如下：
第一，硫化亞錫以納米點(diǎn)的形式均勻錨定在MoS2片層之間，增強(qiáng)了片層間的作用力，賦予材料結(jié)構(gòu)以高的機(jī)械穩(wěn)定性。第二，構(gòu)建的層間共價(jià)鍵為電子在片層間的垂直傳輸提供了通道，提高了材料整體的電子傳輸效率。第三，DFT理論模擬計(jì)算也表明該結(jié)構(gòu)可有效降低鋰離子的擴(kuò)散遷移勢(shì)壘，有利于電化學(xué)反應(yīng)的快速發(fā)生，從而有利于電池倍率性能的提高。第四，通過(guò)原位電鏡和力學(xué)計(jì)算分析，二硫化鉬層間共價(jià)組裝超結(jié)構(gòu)可有效緩解鋰離子嵌入時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，使循環(huán)過(guò)程中結(jié)構(gòu)保持不破壞。第五，該共價(jià)組裝超結(jié)構(gòu)在鋰/鈉離子電池應(yīng)用中表現(xiàn)出高的比容量，優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
該研究成果以“Covalent Assembly of MoS2 Nanosheets with SnS Nanodots as Linkages for Lithium/Sodium‐Ion Batteries”為題發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. （2020, doi/10.1002/anie.202005840）上。
