DOI: 10.1002/cey2.319

电极材料的化学成分和空间纳米结构的合理协同作用在高性能储能器件中发挥着重要作用。在此，研究者利用简单的静电纺丝和热处理方法设计了一种豌豆状MoS2@NiS1.03-C中空纳米纤维。分层中空纳米纤维由氮掺杂碳涂层NiS1.03管壁组成，其中包裹有豌豆状均匀离散的MoS2纳米颗粒。作为钠离子电池电极材料，MoS2@NiS1.03-C中空纳米纤维具有丰富的两相异质界面、导电网络和适当的体积变化-缓冲空间，可促进离子扩散动力学，缩短电子/离子的扩散路径，并缓冲Na+插入/提取过程中的体积膨胀。该纤维在钠离子电池中显示出出色的额定容量和长循环性能。总体而言，这种异质中空纳米结构的设计为提高电极材料的储钠容量和长寿命稳定性提供了有效的启示作用。

图1.材料合成和表征。（A）豌豆状MoS2@NiS1.03-C异质结构中空纳米纤维的制备方案。（I）通过电纺丝制备Mo/Ni前体纳米纤维。（II）在空气中煅烧后均匀的Mo/Ni前体纳米纤维自发转变成豌豆状MoO3@NiO异质纳米纤维。（III）在N2中用硫磺粉末对豌豆状MoO3@NiO纳米纤维进行退火而使其硫化成MoS2@NiS2中空纳米纤维。（IV）PPy原位聚合到MoS2@NiS2中空纳米纤维表面上。在N2中二次煅烧后，PPy碳化为薄的N掺杂碳壳，NiS2部分还原为NiS1.03。然后，制备出豌豆状MoS2@NiS1.03-C异质结构中空纳米纤维。（B）MoO3@NiO纳米纤维的SEM图像，其相对均匀直径约为230nm（插图）。（C）MoO3@NiO异质纳米纤维的高倍SEM图像。在管子的开口处嵌入了一些纳米颗粒。由于中空纳米纤维的管壁非常薄，可以隐约看到豌豆状结构。（D）MoO3@NiO异质纳米纤维的TEM图像清楚地表明，豌豆状离散纳米颗粒包裹在细管壳中。（E）纳米纤维的EDS图谱显示Mo、Ni和O元素。Mo主要存在于内部纳米颗粒中，而Ni和O均匀分布于整根纤维中

图2.豌豆状MoO3@NiO异质纳米纤维的形成过程和机制。（A）Mo/Ni前体纳米纤维在空气中于340℃、400℃和420℃下的TEM图像。（B）在空气中经340℃-500℃温度处理的Mo/Ni前体纳米纤维的XRD图谱。首先在400℃下形成NiO壳层，然后在420℃以上形成MoO3纳米颗粒。（C）豌豆状MoO3@NiO异质纳米纤维的生长机制示意图。（D-G）豌豆状纳米纤维的组成。（D）类似于生豌豆的豌豆状纳米纤维。（F）在HCl中蚀刻纳米纤维后获得的沉淀纳米颗粒，如（G）剥下豌豆荚后的豆粒。（H）沉淀的TEM图像和EDS图谱证实了MoO3的组成

图3.豌豆状MoS2@NiS1.03-C异质纳米纤维的表征。（A）MoS2@NiS2纳米纤维的SEM和（B-D）TEM图像显示，根据层间距，纳米纤维的光滑NiO壳层转变为粗糙的NiS2壳层，内部粒状MoO3颗粒转变为花状MoS2颗粒。元素映射证实了Mo、Ni和S元素的存在。（E）MoS2@NiS1.03-C纳米纤维的SEM和（F-H）TEM图像意味着它们与MoS2@NiS2在形态上类似，除了最外层的一层非常薄的碳涂层外。（I）MoS2、NiS2和MoS2@NiS2显示异构组件。（J）C、MoS2@NiS2和MoS2@NiS1.03-C样品的XRD图谱显示异质成分的组合。（K）MoS2粉末（作为对照）、MoS2@NiS2和MoS2@NiS1.03-C纳米纤维的XPS全光谱，证明MoS2、NiS1.03和碳相的成功形成。（L）MoS2@NiS2和MoS2@NiS1.03-C的TGA曲线表明碳含量约为2.1%。（M-P）分别为Mo3d、Ni2p、C1s和N1s的高分辨率XPS光谱

图4.电化学表征。（A）MoS2@NiS1.03-C纳米纤维负极的CV曲线。（B）MoS2@NiS1.03-C电极在0.5A/g下进行前五个循环的恒电流充电-放电曲线。（C,D）MoS2、MoS2@NiS2和MoS2@NiS1.03-C负极在1A/g下的倍率性能和循环性能。（E）MoS2、MoS2@NiS2和MoS2@NiS1.03-C纳米纤维在5A/g下循环1000次的长循环性能

图5.MoS2/NiS1.03异质界面的理论模拟。（A-C）分别计算MoS2、NiS2和MoS2/NiS1.03的Na原子吸附能。（D）MoS2表面上的钠扩散路径和（E）MoS2/NiS1.03界面的侧视图。（F）三种不同体系的Na吸附能分别为-3.88eV（MoS2）、-3.14eV（NiS2）和-6.08eV（MoS2/NiS1.03）。MoS2/NiS1.03异质结构是这三个样品中最稳定的结构，这表明异质界面显著提高了Na吸附能力。（G）沿着MoS2表面和MoS2/NiS1.03异质界面路径的迁移能。MoS2/NiS1.03异质结构较小的能垒和较高的Na+迁移率增强了反应动力学。（H）MoS2@NiS1.03-C纳米纤维的多尺度协同效应示意图。高导电碳网络、中空结构和丰富的MoS2/NiS1.03两相异质界面不仅促进了电子转移，抑制了体积膨胀，而且加速了氧化还原反应动力学，这表明MoS2@NiS1.03-C电极具有优异的储钠性能