層狀材料具有良好的2D-Zn
2+傳輸通道，作為水性鋅離子電池（AZIBs）的陰極具有很大的潛力，但其容量低或循環穩定性差，限制了其實際應用。本文創新性地將兩種經典的層狀材料通過石墨烯嵌入MoS
2廊道結合起來，使得MoS
2夾層顯著增大（從0.62 nm到1.16 nm），親水性增強。三明治結構的MoS
2/石墨烯納米片自組裝成花朵狀結構，有利于鋅離子擴散，促進電解質滲透，并確保高結構穩定性。因此，這種新型的MoS
2/石墨烯納米復合材料具有優異的高倍率性能（0.05 A g
−1時為285.4 mA h g
−1，5 A g
−1時為141.6 mA h g
−1）和長期循環穩定性（1800次循環后容量保持率為88.2%）。電化學測量和密度泛函理論計算證實了Zn
2+的遷移動力學和理想的偽電容行為。通過非現場研究闡明了鋅離子插入/萃取后2H‐MoS
2和1T‐MoS
2之間高度可逆相變的儲能機制。作為理論證明，采用MoS
2/石墨烯陰極的柔性準固態鋅離子電池在不同的彎曲條件下表現出很好的穩定性。本研究為二維材料作為高性能疊氮基正極的設計和開發提供了一個新的方向。
Figure 1. a) MoS
2/石墨烯納米復合材料的合成示意圖。MoS
2和MoS
2/石墨烯的b) XRD譜圖和c)晶體結構。d) MoS
2, MoS
2/石墨烯和GO的拉曼光譜。e) MoS
2/石墨烯的SEM圖。f-h) MoS
2和(g h) MoS
2/石墨烯的HRTEM圖。i) MoS
2/石墨烯的SEM元素映射。
Figure 2. MoS
2/石墨烯正極a)在0.1 mV s
-1下的CV曲線，b)在0.2 ~ 1.5 V電壓范圍內的充放電曲線。c)不同石墨烯含量的MoS
2/石墨烯復合物的循環性能。d) MoS
2/石墨烯倍率性能和e) MoS
2/石墨烯在1 A g
-1的長期循環穩定性。
Figure 3. MoS
2/石墨烯電極過程動力學研究。
Figure 4. MoS
2/石墨烯的儲鋅機理。
Figure 5. a-d) MoS
2和MoS
2/石墨烯的鋅離子遷移路徑。e,f) 遷移能壘。g) MoS
2和MoS
2/石墨烯的狀態密度。
Figure 6. a)柔性準固態鋅離子電池組成圖。b)鋅對稱電池的鍍鋅/剝離行為。c) PVA/Zn(CF
3SO
3)
2水凝膠電解質的LSV曲線和交流阻抗譜。e)準固態MoS
2/石墨烯/鋅電池彎曲狀態下的典型電壓曲線。f)為LED供電的軟包裝電池照片。
相關研究成果于2021年由北京科技大學Ping Li課題組，發表在Adv. Mater. ( DOI: 10.1002/adma.202007480)上。原文：Sandwich-Like Heterostructures of MoS
2/Graphene with Enlarged Interlayer Spacing and Enhanced Hydrophilicity as High-Performance Cathodes for Aqueous Zinc-Ion Batteries。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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