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长江师范学院赵文喜Nanoscale:在柔性碳骨架中构建金属-有机骨架衍生的异质(CoFe)Se2中空纳米立方体,作为耐用的钠储存负极
2020/10/21 16:28:41 admin

DOI: 10.1039/D0NR05345G

金属硫系化合物具有结构化粉碎/降解和固有电导率低的特点,在重复的脱钠/嵌钠循环中引发了容量衰减严重和倍率性能低下的挑战性问题。多元电活性异质结构结合了强协同耦合效应的固有优势,从而提高了电化学Na+储存行为和结构耐久性,在异质界面上显示出强健的力学特性、快速的Na+迁移和丰富的活性插入位点。通过模板辅助液相阴离子以及随后的静电纺丝和常规硒化处理,在一维碳纳米纤维骨架中形成了一种金属-有机骨架(MOFs)衍生的异质(CoFe)Se2中空纳米立方体(CoFe)Se2@CNS串联结构。当作为钠离子电池的负极时,(CoFe)Se2@CNS电极表现出显著增强的电化学Na+储存性能,在5 A g-1下经过3650次循环后具有高达213.9 mAh g-1的嵌钠容量。每个循环的容量降解率仅为0.0047%,尤其是在8 A g-1下经过5630次循环后,显示出极高的倍率性能和194.7 mAh g-1的超稳定循环耐久性。这项工作为构建用于高性能碱金属离子电池的多元电活性组分异质结构提供了理论依据。

 

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图1.(a)逐步制备(CoFe)Se2@CNS的示意图。样品的SEM图像:(b,c)ZIF-67纳米立方体,(g,h)中空ZIF-67/Co-Fe纳米立方体;样品的TEM图像:(d,e)ZIF-67纳米立方体,(i,j)中空ZIF-67/Co-Fe纳米立方体;样品的XRD图谱:(f)ZIF-67纳米立方体,(k)中空ZIF-67/Co-Fe纳米立方体。


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图2.(CoFe)Se2@CNS的形态表征:(a-c)FESEM;(d,e)TEM;(f)(CoFe)Se2@CNS的HR-TEM图像。


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图3.(a)(CoFe)Se2@CNS和未修饰(CoFe)Se2的X射线衍射结果。(b)在空气中加热速率为10℃/min时,(CoFe)Se2@CNS和(CoFe)Se2的TGA分析;(CoFe)Se2@CNS的高分辨率XPS光谱:(c)Co 2p,(d)Fe 2p,(e)Se 3d,(f)C 1s。


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图4.(a)在0.5-3.0V的电压范围内,当扫描速率为0.5 mV s-1时,(CoFe)Se2@CNS的典型CV曲线;(b)(CoFe)Se2@CNS在5 A g-1时的恒电流脱钠/嵌钠电压曲线;(CoFe)Se2@CNS与未修饰(CoFe)Se2和CoSe2@CNS的循环稳定性(c)和倍率性能(d)比较;(e)各自的充电容量和1.85V的平均充电工作电压与速率的关系;(f)与SIBs中相关的异质结负极相比,(CoFe)Se2@CNS的循环性能和容量保持率。(g)(CoFe)Se2@CNS在8 A g-1超高速率下的循环性能测量。


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图5.(a)在(CoFe)Se2@CNS的选定初始充放电状态下收集的非原位XRD图;(b)(CoFe)Se2@CNS在不同的初始充放电状态下的非原位XPS全扫描光谱;(CoFe)Se2@CNS在不同的初始放电状态(c,e)和充电状态(d,f)下的原位EIS光谱和Z'与ω-1/2的线性关系。


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图6.从0.2到2.0 mV s-1的阶梯扫描速率下的CV曲线:(a)(CoFe)Se2@CNS,(e)未修饰(CoFe)Se2,(c)CoSe2@CNS;在每个氧化还原峰处logi与logv之间的关系:(b)(CoFe)Se2@CNS,(f)未修饰(CoFe)Se2,(j)CoSe2@CNS;不同扫描速率下电容和扩散控制贡献的百分比:(c)(CoFe)Se2@CNS,(g)未修饰(CoFe)Se2,(k)CoSe2@CNS;阴影区域以2.0 mV s-1的扫描速率显示了伪电容贡献的确切分数:(d)(CoFe)Se2@CNS,(h)未修饰(CoFe)Se2,(l)CoSe2@CNS。


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