Small：多孔碳纳米片中的核-壳CoSe2/WSe2异质结@碳作为钠离子电池先进负极材料

Nanoyu

2021-10-05

异质结具有电荷传递动力学快的优点，被认为是解决钠离子电池（SIBs）负极材料容量低、倍率性能差的有效策略。同时，炭质材料作为一种重要的添加剂，可以有效地改善集成复合材料的离子/电子导电性能，实现快速的离子传输和电荷传输。

近日，西北大学王惠教授，刘肖杰副教授，翟高红教授报道了以CoWO₄@PVP为前驱体，设计并合成了一种不同功函数的CoSe₂/WSe₂异质结@C，将其均匀镶嵌在多孔的三维碳纳米片（CNs）中，作为SIBs的负极材料。

文章要点

1）在这个合成过程中，由于核壳CoWO₄@PVP的前驱体被硒化和碳化，CoSe₂/WSe₂异质结@C可以在CoSe₂和WSe₂纳米材料形成的同时形成。在双碳修饰和CoSe₂/WSe₂异质结的协同作用下，通过引入碳材料（包括CNs和碳涂层）改善CoSe₂/WSe₂的外部电荷转移，通过耦合CoSe₂和WSe₂两种半导体的异质结增强CoSe₂/WSe₂的内部电荷转移。

2）CoSe₂/WSe₂@C/CNs的独特结构具有以下几个特性：i）过渡金属硒化物CoSe₂和WSe₂具有良好的导电性和合适的晶体结构，可用于储钠；ii）在CoSe₂/WSe₂异质结中引入多孔CNs和碳壳可以有效缓解Na⁺插入和提取过程中的体积膨胀，为CoSe₂/WSe₂异质结提供Na⁺传输通道，有利于加速Na⁺的传输，保持CoSe₂/WSe₂@C/CNs的完整性；iii）CoSe₂/WSe₂异质结可以在材料的相界产生晶格缺陷和畸变，通过调节表面反应动力学来改善电化学性能。同时，电子在相界的重新分布会增加钠离子的吸附位置。

3）实验结果显示，CoSe₂/WSe₂@C/CNs在100次循环后表现出625 mA h g⁻¹（0.1 A g⁻¹）的优异倍率性能，200次循环后超稳循环容量为501.9 mA h g⁻¹（0.1 A g⁻¹）。

4）结合密度泛函理论(DFT)计算，非原位X射线衍射(XRD)、非原位拉曼、非原位电化学阻抗谱(EIS)、非原位高分辨电子显微镜(HRTEM)和非原位选区电子衍射(SAED)实验，研究人员提出并探讨了CoSe₂/WSe₂@C/CNs的储钠机理和相变规律。

参考文献

Shengqiang Zhang, et al, Core–Shell CoSe₂/WSe₂ Heterostructures@Carbon  in Porous Carbon Nanosheets as Advanced Anode  for Sodium Ion Batteries, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202103005

https://doi.org/10.1002/smll.202103005.