近日，我院黃紹專教授團隊在過渡金屬硫/硒化物可控調節鈉離子電池性能方面取得了新的研究進展，研究成果以“Unveiling the double-edged behavior of controlled selenium substitution in cobalt sulfide for balanced Na-storage capacity and rate capability”為題發表于國際著名期刊《Advanced Functional Materials》。我院碩士研究生何婷婷、趙偉銘為論文共同第一作者，黃紹專教授為論文通訊作者，中南民族大學為論文第一署名單位。
近年來，過渡金屬硫化物因其較高的理論比容量和良好的電化學活性而被廣泛研究。然而在電化學反應過程中，過渡金屬硫化物遭遇巨大的體積變化和遲緩的反應動力學等問題，極大的影響了電池的循環壽命和倍率性能，阻礙了其在高功率/高能量鈉離子電池中的應用。
該工作提出了一種新型的“高度可控硒（Se）取代”和“硫、硒共摻雜石墨烯（SG）固定”的CoS2-xSex納米晶設計方案，有效調節了電化學反應動力學和材料結構穩定性。通過在單層氧化石墨烯上構筑Co-CoO@rGO納米晶顆粒，然后通過同步硒-硫化的方式合成CoS2-xSex@SG復合材料。其中，石墨烯上的CoS2-xSex納米晶“點對面”結構以及CoS2-xSex與SG之間牢固的C-S-Co & C-Se-Co鍵不僅大大提高了材料的結構穩定性，還促進了鈉存儲和電子轉移。此外，通過電化學性能、動力學分析和理論計算揭示了硒取代在鈉儲存中的雙刃劍作用——硒取代含量的增加會增強Na+擴散動力學，但會降低鈉儲存能力。研究表明，當Se取代含量為x=0.4時，電極表現出最佳的電化學性能（高初始庫侖效率、超高倍率性能和超穩定循環性能）。原位/非原位測試進一步揭示了Co0與Na2S/Na2Se之間的轉化反應形成了微尺度的CoSe2-CoS2異質結構，協同改善了Na+存儲活性位點和反應動力學。這項研究提供了一種可控的陰離子取代策略來平衡Na+儲存活性位點和動力學，在高功率/能量鈉離子電池中具有潛在的應用價值。
文章信息：Tingting He#, Weiming Zhao#, Junping Hu, Chengjiang Deng, Dong Yan, Shaozhuan Huang*. Unveiling the Double-Edged Behavior of Controlled Selenium Substitution in Cobalt Sulfide for Balanced Na-Storage Capacity and Rate Capability. Advanced Functional Materials, 2023, 2310256, DOI: 10.1002/adfm.202310256.
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202310256
作者：黃紹專 責編：張道洪 審核:祁帆 發布：顏俊琨 發布時間：2023-11-13
