DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.163148

高导电碳材料与大电容金属化合物的杂化结构具有协同效应，是实现高比容量、优异循环稳定性和超快锂离子存储能力的一种很有前景的策略。在此，研究者采用静电纺丝法和原子层沉积（ALD）工艺制备了一种新型杂化结构，即在硫（S）掺杂碳纳米纤维（SCNF）基质上层压一层氧硫化锌（ZnOS），并展示了该构建体在超快锂离子电池（LIBs）中使用的结构优势。作为一种双阴离子材料，ZnOS在充放电过程中具有比单一ZnO和ZnS更大的优势，并伴随着连续的转化和合金化反应。为了验证这些因素，在原子尺度上进行了结构分析，并对各种电化学性能进行了评估。所制备的ZnOS/SCNF电极显示出优异的电化学性能，如高比容量（在100mA/g时为672.8mAh/g）、良好的容量保持率（100次循环后为87.8%）和优异的循环稳定性（500次循环后为85.4%）。上述优势可归因于电化学反应过程中的动力学特性，包括电子和离子转移效率，以及ZnOS/SCNF杂化结构。综上，ZnOS/SCNF电极为超快LIBs的构建奠定了基础。

图1.（a）ZnOS层压层负载SCNF基体新型杂化结构的合成过程示意图以及（b-d）ZnO/CNF、ZnS/SCNF和ZnOS/SCNF的结构。

图2.（a）CNF、（b）ZnO/CNF、（c）ZnS/SCNF和（d）ZnOS/SCNF的FESEM图像。

图3.（a）ZnOS/SCNF的TEM图像和（b）EDS映射结果。

图4.（a-c）纤锌矿ZnO、闪锌矿ZnS和ZnOS层压层的球棒晶格结构模型，（d）CNF、ZnO/CNF、ZnS/SCNF和ZnOS/SCNF的XRD曲线及其（e）S2p的XPS芯能级光谱，（f）ZnOS/SCNF中C1s的XPS芯能级光谱。

图5.（a）CNF、ZnO/CNF、ZnS/SCNF和ZnOS/SCNF电极的奈奎斯特图，（b）根据奈奎斯特图计算的低频Zreal与ω-0.5/s-0.5的关系，以及（c）锂离子扩散系数。

图6.（a）ZnOS/SCNF在0.05-3.0V电位范围内于0.1mV/s扫描速率下进行前五个循环的CV曲线，（b）所有制备的电极在100mA/g电流密度下进行100次循环的循环稳定性测量，（c）在100-2000mA/g电流密度下的倍率性能，以及（d）在2000mA/g高电流密度下直至500次循环的长期循环测试。

图7.（a，b）CNF和ZnOS/SCNF在2-10mV/s不同扫描速率下的CV曲线，（c，d）CNF和ZnOS/SCNF在10mV/s下的CV曲线，阴影区域为扩散电流，填充区域为电容电流。（e）CNF和ZnOS/SCNF电极在不同扫描速率下的扩散（D）和电容（C）贡献的面积比较。