中国科学技术大学材料科学与工程系余彦

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Small Methods：高性能钠离子电池负极材料 – 硼氮共掺杂石墨烯负载的纳米级CoS2和CoSe2

作为锂离子电池在大型储能领域的理想替代品之一，钠离子电池近年来受到业界的广泛关注。但是钠离子电池的发展依然面临着能量密度低，循环性能差这两个主要挑战。为了推动钠离子电池的发展，发展一种高比容量，高倍率性能和长循环寿命的电极材料是当务之急。最近，国内外学者研究了不同反应机制的负极材料，包括合金反应类，插层反应类和转换反应类。其中，转化反应类负极材料不仅具有高的理论比容量和合适的电压平台，而且研究发现通过“job-sharing”机制，这类材料具有额外的储锂特性。过渡金属硫属化物特别是CoS2和CoSe2，已经广泛应用于电催化领域，研究发现，其在钠离子电池负极材料领域也有十分出色的应用前景。

近期，中国科学技术大学余彦教授课题组提出了一种制备硼氮共掺杂石墨烯负载的纳米级过渡金属硫属化物（CoSe2/BNG & CoS2/BNG）的通用方法，将其应用于钠离子电池负极材料，获得了优异的电化学性能。他们通过溶液法和一步热处理得到了硼氮共掺杂石墨烯负载的氧化钴量子点，然后将其与适量的硫粉或硒粉混合，通过真空封管热处理的方法得到相应的硫化钴和硒化钴负极材料。该工作研究了其作为钠离子电池负极材料的电化学性能及充放电机理。通过将CoS2和CoSe2与硼氮共掺杂石墨烯复合，分别得到CoS2/BNG和CoSe2/BNG。此设计巧妙地利用硼氮共掺杂石墨烯的高导电性和有利于钠离子存储的特性，在增强CoS2和CoSe2电子电导的同时有利于缓解其体积变化效应，最终实现了电化学性能的大幅度提升。制备的CoSe2/BNG和CoS2/BNG在10A g-1的大电流下依然分别提供226 mAh g-1 和 387 mAh g-1的高比容量。CoSe2/BNG在1 A g−1的电流密度下保持270 mAh g-1可逆容量稳定循环2000圈。该工作的发现为过渡金属硫属化物的制备提供了一种简便通用的方法，可以拓展应用于储能或催化领域。

相关工作发表于 Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800170) 上。