DOI: 10.1016/j.carbon.2022.07.037

金属有机骨架（MOF）衍生碳纳米材料是一种很有前途的钠离子电池负极材料。然而，热解过程中杂原子的损失和聚集严重阻碍了其进一步应用。在此，研究者利用静电纺丝将高能MOF构造成纳米纤维，然后进行一步硫化。合成了高含量N掺杂（24.58wt%）和封装CoS纳米粒子的超大层间距（0.422nm）碳纳米纤维，钠离子的扩散性能和相行为得以改善。所得CoS/NSCNF（NSCNF为氮和硫共掺杂碳纳米纤维）在6A/g下循环2250次后具有358.5mAh/g的优异倍率性能，可用作钠离子电池负极。CoS/NSCNF优异的存储性能可归因于其丰富的N/S缺陷、扩大的碳间距和连续的一维结构，与MOF衍生碳相比，所制备材料的钠离子存储能力得以增强。密度泛函理论计算进一步表明，氮掺杂有利于增强CoS/NSCNF的钠离子吸附能力，从而提高存储性能。

图1.CoS/NSCNF合成过程示意图。

图2.（a）CoS/NSCNF和CoS/CNF的PXRD图谱和（b）拉曼光谱。CoS/NSCNF中（c）N1s和（d）S2p的高分辨率XPS光谱。

图3.（a）MET-4@PAN的SEM照片，（b-c）CoS/NSCNF的SEM，（d-f）TEM（（f）的插图是计算的层间距）以及（g）HAADF-STEM图像和EDS元素映射结果。

图4.用于SIB的CoS/NSCNF的电化学性能。a）0.1mV/s下的CV曲线，b）0.1A/g下的GCD曲线，c）所有样品在0.1A/g下的循环性能，d）CoS/NSCNF电极的倍率性能，以及e）长循环性能（6A/g）。

图5.用于SIB的CoS/NSCNF的电化学动力学。a）CoS/NSCNF电极在0.2-1.0mV/s的不同扫描速率下的CV曲线，b）在特定峰值电流下的Log（i）与log（v）图，c）在不同扫描速率下的赝电容贡献百分比，d）CoS/NSCNF电极的Na+扩散系数和e）GITT曲线。

图6.用于SIB的CoS/NSCNF的相变机制。a）CoS/NSCNF在不同电压下的非原位PXRD图谱和b）非原位拉曼光谱。CoS/NSCNF电极在完全c）放电和d）充电状态下的HRTEM图像。

图7.吸附在a）CoS（100）/CNF和b）CoS（100）/NSCNF中的单个Na原子的俯视图和相应的吸附能。棕色、白色、蓝色、亮黄色和深黄色球分别表示碳、氮、钴、硫和钠原子。吸附在c）CoS（100）/CNF和d）CoS（100）/NSCNF中的Na的电子密度差异。黄色和蓝色区域分别代表增加和减少的电子密度。e）CoS（100）/CNF和CoS（100）/NSCNF的DOS（态密度），费米能级用虚线标记。