SnS
2材料由于具有高比容量的層狀結(jié)構(gòu)，在電化學(xué)儲能領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。然而，在充放電循環(huán)過程中，其易于重新堆疊的性質(zhì)導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容量嚴(yán)重下降。本文報道了一種簡單的一步水熱合成SnS
2/石墨烯/ SnS
2（SnS
2/rGO/SnS
2）復(fù)合材料的方法，該方法是在還原石墨烯兩側(cè)通過C-S鍵共價修飾超薄SnS
2納米片。由于石墨烯夾在兩個SnS
2片之間，復(fù)合材料的SnS
2層間距增大（~8.03Å），這有利于Li
+/Na
+離子的嵌入/脫出，提高傳輸動力學(xué)，同時抑制充放電過程中SnS
2納米片的堆積。 密度泛函理論計算揭示了夾層狀復(fù)合材料中間層間距最穩(wěn)定的狀態(tài)。分子模擬和實驗觀測Li/Na離子的擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果表明，該狀態(tài)最適合離子的快速傳輸。此外，固定在石墨烯片上的大量超級SnS
2納米粒子可以對復(fù)合材料產(chǎn)生贗電容貢獻(xiàn)，特別是在大電流密度下；即使在10 A g
-1電流密度下，鋰/鈉離子電池中也能保證844和765 mAh g
-1的高倍率性能。在200次循環(huán)后形貌幾乎未變化，并且SnS
2納米顆粒仍然可以恢復(fù)到原始相且未發(fā)生明顯的附聚，表明這種具有高倍率和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性的復(fù)合材料是鋰/鈉儲存的理想選擇。
Figure 1. SnS
2/rGO/SnS
2復(fù)合材料的(a) XRD圖和(b) TEM圖；(c)夾層狀結(jié)構(gòu)示意圖；(d-f)XPS圖。
Figure 2. (a)夾層狀結(jié)構(gòu)SnS
2/rGO/SnS
2的分子模型；SnS
2/rGO/SnS
2復(fù)合晶體中(b)系統(tǒng)能量對層間空間的依賴性和(c)含有Li
+/Na
+的1×2×1超晶胞模型；(d) Li
+和Na
+的擴(kuò)散系數(shù)與層間空間的關(guān)系。
Figure 3. SnS
2/rGO/SnS
2復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征。(a)TEM圖；(b)亮場圖像和(c)暗場圖像；(d,e) HRTEM圖；(f)SAED模式；(g)高角度環(huán)狀暗場圖像及其對應(yīng)的Sn、S、C元素映射；(h) AFM圖像及相應(yīng)高度剖面。
Figure 4. SnS
2/rGO/SnS
2的鋰離子電池電化學(xué)性能。(a)掃描速率為0.1 mV s
-1的CV圖；(b) 0.1 A g
–1下的充放電曲線；(c) 0.1 A g
–1下的循環(huán)性能；(d)循環(huán)時的差別充電容量圖；(e)在 0.01–1.0和1.0-3.0 V電位范圍內(nèi)發(fā)生的可逆充電容量與循環(huán)；(f)不同電流密度下的倍率性能；(g)在1 A g
–1下的循環(huán)性能。
Figure 5. SnS
2/rGO/SnS
2的鈉離子電池電化學(xué)性能。(a)掃描速率為0.1 mV s
-1的CV曲線；(b)電流密度0.1 A g
–1下的充放電曲線；(c) 0.1 A g
–1下的循環(huán)性能；(d)不同電流密度下的倍率性能。
Figure 6. 鈉儲存行為的定量電容分析。(a)不同掃面速度下的CV曲線；(b)對數(shù)陰極/陽極峰值電流與對數(shù)掃描速率之間的關(guān)系；(c)不同掃描速率下電容容量的整體貢獻(xiàn)率；(d)0.8 mV s
-1時電容性貢獻(xiàn)(紅色)和擴(kuò)散貢獻(xiàn)(藍(lán)色)。
Figure 7. SnS
2/rGO/SnS
2電極經(jīng)過200次充放電循環(huán)后的形貌和結(jié)構(gòu)特征。(a) TEM圖和(b,c)HRTEM圖；(d)高角度環(huán)狀暗場圖像及其對應(yīng)的C、Sn、S元素映射。
相關(guān)研究成果于2019年由上海大學(xué)Jiujun Zhang課題組，發(fā)表在ACS Nano（
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b03330） 上。原文：Sandwich-Like SnS
2/Graphene/SnS
2 with Expanded Interlayer Distance as High-Rate Lithium/Sodium-Ion Battery Anode Materials
