MoS2新型结构缓解二维材料在蓄电池应用的不足

据悉，同济大学化学科学与工程学院杨金虎教授、张弛教授和复旦大学的车仁超教授一起设计出了一种二硫化钼的新型结构，即MoS2层间共价组装超结构，其能有效缓解二维材料在蓄电池应用的不足，即能提高锂/钠离子电池的电子传输效率和使用寿命。

二维材料，是指电子仅可在两个维度的纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。其因具有较大的层间距和较高的理论储能容量，而被认为是新一代高性能二次离子电池理想的电极材料。然而，该材料层间典型的弱范德华力作用，使得电子不能垂直于片层进行跨层传输，降低了材料整体的电子传输效率；并且在离子反复脱嵌过程中层状结构也容易破坏，最终造成电池性能的严重劣化。

为此，同济大学和复旦大学研究者就以典型的层状材料二硫化钼为研究对象，通过设计一种全新的共价组装策略，构建了二硫化钼超薄纳米片与硫化亚锡纳米点以共价键组装的中空超结构用于高性能的锂/钠离子电池。具体优势如下：

第一，硫化亚锡以纳米点的形式均匀锚定在MoS2片层之间，增强了片层间的作用力，赋予材料结构以高的机械稳定性。第二，构建的层间共价键为电子在片层间的垂直传输提供了通道，提高了材料整体的电子传输效率。第三，DFT理论模拟计算也表明该结构可有效降低锂离子的扩散迁移势垒，有利于电化学反应的快速发生，从而有利于电池倍率性能的提高。第四，通过原位电镜和力学计算分析，二硫化钼层间共价组装超结构可有效缓解锂离子嵌入时产生的应力，使循环过程中结构保持不破坏。第五，该共价组装超结构在锂/钠离子电池应用中表现出高的比容量，优异的倍率性能和良好的循环稳定性。

该研究成果以“Covalent Assembly of MoS2 Nanosheets with SnS Nanodots as Linkages for Lithium/Sodium‐Ion Batteries”为题发表在Angew. Chem. Int. Ed. （2020, doi/10.1002/anie.202005840）上。

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