DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.163812

在这项工作中，通过一种简便方法合成了涂覆有硫化钴纳米颗粒的N和S共掺杂碳纳米纤维（CoSx/N-SCFs），作为锂离子/钠离子存储的负极材料。在该复合材料中，硫化钴纳米颗粒均匀地嵌入到碳纳米纤维中，有效缩短了Li+/Na+的扩散距离，缓冲了由充放电引起的体积膨胀。此外，N和S掺杂提高了碳纳米纤维的导电性，扩大了碳的晶面间距，有利于Li+/Na+的扩散。所得CoSx/N-SCFs电极在2A/g下循环1000次后显示出761.3mAh/g的优异可逆锂存储容量，在100mA/g下循环100次后的可逆钠存储容量为505.1mAh/g。密度泛函理论计算进一步表明，N、S共掺杂提高了碳基体的电子电导率，降低了Li+/Na+扩散势垒，从而有效增强了Li+/Na+的吸附。该工作为合成金属硫化物/碳纳米复合材料作为高性能负极材料提供了一种有效的方法。

图1.CoSx/N-SCFs的合成过程示意图。

图2.（a）CoSx/N-SCFs的XRD图谱。（b）CoSx/N-SCFs和Co/CFs的XRD图谱和（c）拉曼光谱。CoSx/N-SCFs的高分辨率XPS光谱：（d）C1s、（e）S2p和（f）N1s。（g）CoSx/N-SCFs和Co/N-CFs的XPS全光谱。（h）N、S共掺杂碳的示意图。

图3.CoSx/N-SCFs的（a）SEM图像和（b）TEM图像。（c）CoSx/N-SCFs的高倍TEM图像。插图：CoSx的粒度分布。（d）CoSx的高分辨率TEM图像。（e）CoSx/N-SCFs的STEM图像和（f）相应的元素映射图像。

图4.CoSx/N-SCFs和CoSx/CFs电极在LIBs中的电化学性能：（a）CoSx/N-SCFs在0.2mV/s时的CV曲线。（b）CoSx/N-SCFs在100mA/g下的放电-充电曲线。（c）CoSx/N-SCFs和CoSx/CFs在100mA/g下的循环性能。（d）CoSx/N-SCFs和CoSx/CFs在不同电流密度下的倍率性能。（e）CoSx/N-SCFs和CoSx/CFs在2A/g下的循环性能。LIBs中CoSx/N-SCFs电极的动力学分析：（f）0.5-2.5mV/s不同扫描速率下的CV曲线。（g）log（i）与log（ν）的线性关系。（h）不同循环的电化学阻抗谱。

图5.CoSx/N-SCFs和CoSx/CFs电极在SIBs中的电化学性能：（a）CoSx/N-SCFs在0.2mV/s时的CV曲线。（b）CoSx/N-SCFs在100mA/g下的放电-充电曲线。（c）CoSx/N-SCFs和CoSx/CFs在100mA/g下的循环性能。（d）CoSx/N-SCFs在不同电流密度下的倍率性能。SIBs中CoSx/N-SCFs的动力学分析：（e）0.5-2.5mV/s不同扫描速率下的CV曲线。（f）扫描速率为0.2-2mV/s时的电容和扩散控制贡献率。

图6.CoSx/N-SCFs的Li+/Na+存储机制示意图。

图7.N-S掺杂在双层石墨烯中的迁移路径和能垒。（a）吡啶-N/S构型的三种不同迁移路径。（b）吡啶-N/S构型中的Li和（c）Na迁移能垒。（d）吡咯-N/S构型的三种不同迁移路径。（e）吡咯-N/S构型中的（e）Li和（f）Na迁移能垒。（g）双层石墨烯、吡啶-N/S和吡咯-N/S结构的态密度。（h）和（i）分别为吡啶-N/S和吡咯-N/S结构的电子局域函数（ELF）。