Nanoesferas Hierárquicas Porosas MoS2 / C auto-montadas por nanofolhas com alto desempenho de armazenamento de energia eletroquímica

Resumo

Para superar a deficiência da expansão de volume do MoS ₂ como o material do ânodo para baterias de íon-lítio (LIBs), uma estratégia eficaz foi desenvolvida para projetar MoS poroso hierárquico ₂ / nanoesferas de carbono por meio de um método hidrotérmico fácil de operar seguido de recozimento. As imagens FESEM e TEM mostraram claramente que as nanoesferas são compostas de MoS ultrafino ₂ / C nanofolhas revestidas com camada de carbono e possuem um espaçamento entre camadas expandido de 0,98 nm. Como ânodos para LIBs, MoS ₂ / nanoesferas de carbono fornecem uma capacidade de descarga inicial de 1307,77 mAh g ⁻¹ a uma densidade de corrente de 0,1 A g ⁻¹ . Além disso, uma capacidade reversível de 612 mAh g ⁻¹ foi obtido mesmo com 2 A g ⁻¹ e uma capacidade de retenção de 439 mAh g ⁻¹ após 500 ciclos a 1 A g ⁻¹ . O desempenho eletroquímico aprimorado é atribuído à estrutura porosa hierárquica, bem como à intercalação do carbono no espaçamento da rede de MoS ₂ , que oferece canais rápidos para o transporte de íons / elétrons, alivia a influência da mudança de volume e aumenta a condutividade elétrica do eletrodo. Enquanto isso, o espaçamento entre camadas expandido de MoS ₂ no MoS ₂ / C pode diminuir a resistência à difusão de íons e aliviar a expansão volumétrica durante os ciclos de descarga / carga.

Histórico

Como proteger nosso planeta sustentável ao desenvolver e usar energia tornou-se um grande problema global. Nas últimas décadas, as baterias de íon-lítio (LIBs) destacam as vantagens de alta densidade de energia, longa vida útil e compatibilidade ambiental, tendo grandes aplicações em armazenamento de energia renovável, dispositivos eletrônicos e veículos de energia [1, 2]. No entanto, os ânodos de grafite comerciais apresentam uma baixa capacidade específica teórica de 372 mAh g ⁻¹ [3,4,5], que está longe dos requisitos sempre crescentes para baterias recarregáveis de alta densidade de energia. Portanto, é de grande importância desenvolver materiais de eletrodo desejáveis para LIBs.

Recentemente, os sulfetos de metal de transição (Co ₃ S ₄ [6], SnS ₂ [7], VS ₂ [8], NbS ₂ [9], WS ₂ [10] e MoS ₂ [11]) têm sido considerados uma série de materiais anódicos potenciais devido ao seu baixo custo, alta densidade de energia e rica eletroquímica redox [12, 13]. Entre esses materiais, dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ), um semicondutor com uma estrutura em camadas bidimensional (2D) típica, tem sido o material mais estudado nesta família. Mais importante ainda, a distância interlayer maior ( d =0,62 nm) de MoS ₂ do que grafite ( d =0,34 nm) pode acelerar o processo de Li ⁺ intercalação / extração, colocando uma alta capacidade de armazenamento de 670 mAh g ⁻¹ [14,15,16]. Infelizmente, a aplicação prática do MoS simples ₂ já que o LIBs é prejudicado pela baixa estabilidade do ciclismo. Isso ocorre porque as condutividades eletrônicas / iônicas relativamente baixas e a degradação eletroquímica do MoS ativo ₂ materiais devido a um efeito de transporte de polissulfeto resultam em perda de capacidade e baixa capacidade de taxa [4, 17, 18]. Para enfrentar esses desafios, ele provou ser particularmente eficaz pela engenharia de vários MoS nanoestruturados ₂ e a introdução dos materiais carbonáceos condutores [15, 19,20,21]. A essência do primeiro é encurtar a distância de transmissão eletrônica, enquanto o último visa melhorar a condutividade eletrônica geral do material, restringir a aglomeração de MoS ₂ e manter a estabilidade da estrutura do eletrodo, por exemplo, MoS ₂ / grafeno [22, 23], MoS ₂ / CNTs [24], MoS ₂ / nanofibras de carbono [25], MoS ₂ / RGO [26], etc.

Com base nas considerações acima, as pesquisas recentes focam principalmente na construção de um novo MoS ₂ / Nanocompósitos baseados em C, dando jogo completo às suas respectivas vantagens para melhorar a estabilidade do ciclo. Li et al. relatou um romance MoS 2D ₂ / C superestrutura de nanofolha híbrida que consiste na alternativa MoS de camada por camada inter sobreposta camada por camada ₂ e carbono mesoporoso [4]. As nanofolhas híbridas exclusivas com MoS ₂ perfeito O contato da interface / m-C resulta na maximização da interação sinérgica. Seu grupo também projetou MoS macroporoso ordenado em 3D ₂ / eletrodos flexíveis de carbono pela montagem de MoS ₂ / C nanoestrutura em tecido de carbono com poucas camadas de MoS ₂ nanofolhas embutidas homogeneamente na parede de carbono interconectada através do uso de nanoesferas de poliestireno (PS) como molde do macroporo [17]. Os eletrodos flexíveis exibiram estabilidade de ciclo superior quando aplicados diretamente para LIBs. Zhang et al. alcançou o crescimento do MoS ₂ nanofolhas no substrato de nanotubos de carbono derivados de polipirrol (PCN) e o revestimento da camada externa de carbono nas nanofolhas para fabricar PCN @ MoS ₂ arquitetura em sanduíche @carbon [27]. Na arquitetura, ultrafino MoS ₂ nanofolhas são imprensadas entre PCN oco e camada fina de carbono. Sun et al. preparado com sucesso 1T-MoS ₂ / C híbridos que consistem em MoS ₂ menores e com menos camadas nanofolhas através de um método hidrotérmico fácil com um aditivo de glicose adequado [28]. O 1T-MoS ₂ Os ânodos / C oferecem estabilidade de ciclo superior (mantém 870 mAh g ⁻¹ após 300 ciclos a 1 A g ⁻¹ ) e desempenho de alta taxa (uma capacidade reversível de 600 mAh g ⁻¹ em 10 A g ⁻¹ ) O desempenho eletroquímico superior pode ser atribuído à maior condutividade intrínseca de 1T-MoS ₂ e finas camadas de carbono cobertas na superfície com um espaçamento entre camadas ampliado de 0,94 nm. Dado o acima exposto, o MoS modificado ₂ / Nanocompósitos baseados em C podem, de fato, otimizar as propriedades eletroquímicas.

Aqui, demonstramos um método hidrotérmico fácil, fácil de operar e altamente eficaz para MoS hierárquico ₂ / nanoesferas de carbono. As nanoesferas são automontadas a partir de MoS ultrafino ₂ / C nanofolhas revestidas com camada de carbono, resultando na formação de canais interconectados internos e na exposição de locais mais ativos para transmissão eletrônica / iônica e armazenamento de lítio. Como consequência, quando empregado como material de ânodo em LIBs de meia célula, a estrutura porosa aberta conforme preparada de MoS ₂ As nanoesferas / C exibem propriedades de armazenamento de lítio notáveis, incluindo alta capacidade específica, desempenho de ciclo longo, bem como capacidade de taxa rápida.

Métodos

Preparação do material

Síntese de MoS ₂ / C

A síntese do MoS ₂ / C nanoesferas foi baseado em um procedimento anterior com modificações [19]. Normalmente, 0,6 g de molibdato de sódio (Na ₂ MoO ₄ ), 3 g de tioureia (CH ₄ N ₂ S) e 1 g de polivinilpirrolidona (PVP) foram dissolvidos em 30 mL de água desionizada com agitação magnética para formar uma solução uniforme. Em seguida, adicionamos 0,2 g de cloridrato de dopamina (DPH) à mistura acima, formando uma suspensão vermelha. Após agitação contínua por 30 min, a suspensão resultante foi colocada em uma autoclave de aço inoxidável forrada com Teflon de 50 mL mantida a 200 ° C por 18 h, seguido por resfriamento até a temperatura ambiente naturalmente. Os precipitados pretos foram recolhidos e lavados com água desionizada e etanol absoluto pelo método de centrifugação e secos sob vácuo a 60 ° C durante a noite. Por último, MoS ₂ / C nanoesferas foram obtidas pela calcinação de precipitados pretos em atmosfera de argônio a 700 ° C por 3 h. Para efeito de comparação, compramos MoS puro comercial ₂ pó de Aladdin.

Caracterização do material

Os padrões de difração de raios-X (XRD) foram medidos usando um difratômetro de raios-X TD-3500 com radiação Cu / Ka ( λ =0,15406 nm) no 2 θ faixa de 5 ° –80 ° com uma taxa de varredura de 4 ° min ⁻¹ . N ₂ isotermas de adsorção / dessorção e área de superfície de Brunauer – Emmett – Teller (BET) foram realizadas por um analisador Micromeritics ASAP 2020. Os espectros Raman foram testados em um espectrômetro Raman LabRAM HR800 equipado com uma luz laser em 532 nm. O conteúdo de carbono no MoS ₂ / C nanoesferas foram determinadas por um analisador DSC / TGA simultâneo (TGA, SDT-Q600) a uma taxa de aquecimento de 10 ° C min ⁻¹ de 25 a 700 ° C com fluxo de ar. A composição dos elementos e o estado químico dos materiais foram avaliados por meio de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS, Thermo VG ESCALAB 250XI). A morfologia detalhada e a microestrutura das amostras foram examinadas usando microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM, Sigma 500) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM, Tecnai G2 F20), respectivamente.

Testes eletroquímicos

As capacidades e propriedades de ciclagem das amostras preparadas foram realizadas por células do tipo moeda CR2032 montadas em uma caixa de luvas cheia de argônio com folha de lítio como contra-eletrodo e um filme de polipropileno microporoso Celgard 2400 como separador. Os eletrodos de trabalho foram obtidos por mistura em N solução de -metil-2-pirrolidinona (NMP), os materiais ativos (MoS ₂ / C ou MoS ₂ ) com aditivo condutor (negro de acetileno) e ligante de polímero (PVDF) em uma proporção de massa de 8:1:1 para formar uma pasta homogênea. Nós revestimos a pasta em uma folha de cobre e secamos em um forno a vácuo a 80 ° C por 4 h. Posteriormente, os eletrodos foram perfurados em discos circulares e secos em estufa a vácuo a 120 ° C por 12 h. 1M LiPF ₆ dissolvido em carbonato de etileno (EC) e carbonato de dimetila (DMC) com a proporção de volume de 1:1 foi selecionado como o eletrólito. O desempenho eletroquímico foi implementado usando um sistema de teste de bateria (Neware BTS-610) em uma janela de tensão de corte de 0,01–3 V em diferentes densidades de corrente. As curvas de voltametria cíclica (CV) foram realizadas em uma estação de trabalho eletroquímica (CHI 760E) entre 0,01 e 3 V a uma taxa de varredura de 0,2 mV s ⁻¹ .

Resultados e discussão

O diagrama do processo de preparação de MoS poroso hierárquico ₂ / C nanoesferas são mostradas na Fig. 1. Na ₂ MoO ₄ fornece íon molibdênio, CH ₄ N ₂ S fornece fonte de enxofre e DPH é fonte de carbono. Os materiais de polidopamina de carbono têm melhor desempenho eletroquímico e melhor condutividade. PVP atua como dispersante e estabilizador. No processo hidrotérmico, o surfactante PVP adsorve preferencialmente ao longo do MoS ₂ limite nanograin, causando MoS ₂ crescimento anisotrópico de núcleo de cristal e formação de MoS ₂ nanofolhas. Devido à grande área de superfície específica e alta energia de superfície do MoS ₂ nanofolha / precursor de carbono, MoS ₂ nanofolhas são automontadas em nanoesferas. Finalmente, MoS ₂ / C nanoesferas são preparadas por calcinação em atmosfera inerte.

O diagrama do processo de preparação de MoS poroso hierárquico ₂ / C nanoesferas

A Figura 2a exibe os padrões de XRD de MoS comercial ₂ e MoS ₂ / C nanoesferas. Os padrões do MoS comercial ₂ são consistentes com o cartão padrão hexagonal 2H-MoS ₂ (JCPDS 87-2416). Os picos de difração são cerca de 2 θ =32,8 ° e 58,5 ° podem ser indexados aos planos (100) e (110) do MoS ₂ em ambos os MoS comerciais ₂ e MoS conforme preparado ₂ / C [19, 29]. Além disso, a geração de uma nova estrutura pode ser comprovada pelos dois novos picos no MoS ₂ / C por volta de 2 θ =7,9 ° e 18,3 °, que são apontados para planos de cristal expandidos (001) e (002) [27]. O espaçamento d expandido também é considerado pelos resultados da observação HRTEM (Fig. 2g). A análise acima indica que sintetizamos com sucesso o MoS ₂ / C e a participação do DPH contribuíram para a ampliação do espaçamento entre as camadas. Conforme mostrado na Fig. 1b, com base no N ₂ análise de isotermas de adsorção / dessorção, a área de superfície BET de MoS ₂ / C foi concluído em 16,59 m ² g ⁻¹ . A distribuição do tamanho dos poros (inserção da Fig. 2b) calculada usando a equação de BJH [2] apresenta uma estrutura porosa multi-escala com um tamanho médio de poro de 20,66 nm. Essa estrutura porosa hierárquica facilitará o contato íntimo entre o eletrodo e o eletrólito e o transporte rápido de elétrons e íons, melhorando ainda mais o desempenho de armazenamento de lítio. Conforme indicado na Fig. 2c, espectro Raman de MoS ₂ / C confirma a existência e extensão de grafitização do carbono. Dois picos típicos centrados em 384 e 407 cm ⁻¹ estão associados a E ₁ ^2g e A _1g modos de vibração do MoS ₂ [17, 29, 30], respectivamente. Outros dois picos característicos localizados em 1373 cm ⁻¹ (Banda D) e 1605 cm ⁻¹ (Banda G) pode ser direto para a fase de carbono [15, 21, 31]. Detalhadamente, a banda D pode ser conectada com o carbono defeituoso ou carbono amorfo desordenado devido ao sp ³ -hibridização no plano grafítico, enquanto a banda G é atribuída ao carbono grafitado cristalino [19, 32]. A razão da intensidade da banda D para a banda G é calculada em 0,85, sugerindo um grau de grafitização do carbono relativamente alto. As medições de TGA na Fig. 2d determinam posteriormente o conteúdo de carbono no MoS ₂ / C compostos. A perda de peso de 4,2% antes de 100 ° C corresponde à evaporação da água livre adsorvida nas amostras, e a perda de peso de 37,54% revela a oxidação de MoS ₂ para MoO ₃ no ar [14, 15]. Conseqüentemente, as porcentagens em peso de água adsorvida, MoS ₂ e carbono são determinados como sendo 4,2, 64,78 e 31,02% em peso, respectivamente.

a Padrões de XRD de MoS comercial ₂ e MoS ₂ / C nanoesferas; b N ₂ isotermas de adsorção / dessorção e distribuição de tamanho de poro de MoS ₂ / C nanoesferas; c os espectros Raman de MoS ₂ / C nanoesferas; d Curva TGA de MoS ₂ / C nanoesferas

O XPS foi investigado para avaliar a composição do elemento e os estados de valência do MoS ₂ / C na Fig. 3a – d. Conforme mostrado na Fig. 3a, os elementos principais de Mo, S, C e O podem ser identificados a partir do padrão de levantamento; O derivado da adsorção de oxigênio na superfície. A Figura 3b mostra o espectro de alta resolução de Mo 3 d . Dois picos principais centrados em 229,8 e 233,1 eV são atribuídos a Mo 3 d _5/2 e Mo 3 d _3/2 de Mo ⁴⁺ no MoS ₂ / C [19, 29]. Outros picos amplos localizados em 227,0 eV são geralmente conectados com S 2 s . E o resto do pico em 236,3 eV pode ser indexado em Mo ⁶⁺ indicando a formação de ligação C – O – Mo entre MoS ₂ e carbono, que é consistente com outro MoS ₂ / C compósitos [27, 30, 33]. Um par de picos característicos de S pode ser claramente observado em 162,5 e 163,7 eV na Fig. 3c, correspondendo a S 2 p _3/2 e S 2 p _1/2 de S ²⁻ no MoS ₂ [5, 21]. O espectro XPS deconvoluído de C 1 s é mostrado na Fig. 3d; os sinais podem ser ajustados a três picos:Os picos principais centrados em 284,7 eV correspondem a C – C, enquanto os dois picos em 285,6 e 288,9 eV podem ser atribuídos a C – O e O – C =O, respectivamente [14, 29, 34, 35].

Espectros XPS de MoS ₂ Nanoesferas / C: a pesquisa, b 3 º mês d , c S 2 p , d C 1 s

Conforme representado na Fig. 4, as imagens FESEM e TEM divulgaram a morfologia e a estrutura do MoS ₂ / C. As imagens representativas da FESEM e TEM do MoS ₂ / C são exibidos na Fig. 4a-f, revelando a estrutura de nanoesferas porosas montadas a partir de MoS ultrafino ₂ / C nanofolhas com um diâmetro médio de 130–200 nm. A análise de mapeamento elementar do distrito FESEM (Fig. 4c) confirma a existência de elementos Mo, S, C e distribuição uniforme ao longo dos compósitos. Além disso, as nanofolhas são cobertas por uma fina camada de carbono e entram em contato estreito umas com as outras para formar uma nanoesfera na Fig. 4e, f. Essa estrutura porosa aberta favorece o contato eletrônico e a transferência rápida de elétrons durante os processos de descarga / carga. A Figura 4g mostra uma imagem HRTEM do MoS ₂ / C. O padrão de difração de elétrons de área selecionada (SAED) indexa um anel de difração à natureza policristalina do MoS ₂ (inserção da Fig. 4g).

a , b Imagens da FESEM; c Imagens de mapeamento elementar do distrito FESEM; d - f Imagens TEM; g Imagens HRTEM e a inserção do padrão SAED correspondente do MoS ₂ / C nanoesferas

O MoS obtido ₂ / C compósitos contêm 31,02% em peso de carbono; para comparação, adicionamos o mesmo conteúdo de pó de carvão ativado condutor ao MoS comercial ₂ como o material ativo, e então misture com PVDF e acetileno preto para ganhar os eletrodos. As duas amostras foram montadas como ânodos de células do tipo moeda CR2032 para avaliar seu mecanismo eletroquímico e desempenho. As três primeiras curvas CV do MoS ₂ / C eletrodo foram realizados sobre a janela de potencial de 0,01 a 3,0 V a uma taxa de varredura de 0,2 mV s ⁻¹ . Como visto na Fig. 5a, três picos de redução são observados de 1,22 a 0,1 V na primeira varredura catódica. Um amplo pico de redução localizado em 0,73-1,22 V corresponde à inserção de Li ⁺ no MoS ₂ / C e processos de litiação de MoS ₂ para formar Li _x MoS ₂ [16, 36]. Outros dois picos de redução centrados em 0,58 V e 0,1 V podem ser atribuídos à geração do filme de interfase de eletrólito sólido (SEI) e à redução de Li _x MoS ₂ a Mo [14, 15, 25], respectivamente. Para a primeira varredura anódica, apenas dois picos notáveis são notados em 1,53 e 2,22 V, que são atribuídos à oxidação de Mo a MoS ₂ fase e processos de delitiação de Li ₂ S a S [5, 21, 37]. Nas varreduras a seguir, o pico de redução (0,58 V) desaparece e outros dois picos mudam para 1,17 V e 1,90 V, indicando um processo de multi-litiação de MoS ₂ . Notavelmente, as curvas sobrepostas na segunda / terceira varreduras significam a alta reversibilidade e grande estabilidade de ciclagem do MoS ₂ como foi feito / C em LIBs. As curvas de carga-descarga galvanostática de MoS ₂ / C são conduzidos entre 0,01 e 3,0 V na densidade de corrente de 0,1 A g ⁻¹ na Fig. 5b. As plataformas de tensão de carga / descarga surgidas estão de acordo com os resultados de CV. O MoS ₂ Eletrodos / C fornecem capacidade de descarga de até 1307,77 mAh g ⁻¹ e capacidade de carga de 865,54 mAh g ⁻¹ com uma eficiência coulômbica inicial (CE) de 66,18%. Além disso, o CE indesejável e a perda de capacidade de aproximadamente 33% provavelmente se originam da decomposição irreversível do eletrólito e da geração do filme SEI na superfície do eletrodo [5, 14]. O segundo e o terceiro perfis de tensão de carga / descarga se repetem; as capacidades específicas são 845,58 / 879,20 mAh g ⁻¹ e 836,13 / 810,92 mAh g ⁻¹ , respectivamente. Este CE aprimorado revela a reversibilidade eletroquímica do MoS ₂ O ânodo / C é bom.

a Curvas CV na taxa de varredura 0,2 mV s ⁻¹ entre 0 e 3 V e b perfis de descarga / carga a uma densidade de corrente de 0,1 A g ⁻¹ do MoS ₂ / C nanoesferas; c o desempenho de ciclismo do MoS ₂ e MoS ₂ / C nanoesferas a uma densidade de corrente de 0,1 A g ⁻¹ por 100 ciclos; d taxa de desempenho de duas amostras em várias taxas de corrente variam de 0,1 a 2 A g ⁻¹ ; e desempenho de ciclo de longo prazo de duas amostras a uma densidade de corrente de 1 A g ⁻¹ por 500 ciclos

A Figura 5c compara os desempenhos de ciclismo do MoS ₂ / C e MoS comercial ₂ ânodos sob a densidade de corrente de 0,1 A g ⁻¹ por 100 ciclos. MoS comercial ₂ apresenta capacidades específicas de carga / descarga inicial de 671,70 / 952,52 mAh g ⁻¹ , que está longe do MoS ₂ / C compostos (865,54 / 1307,77 mAh g ⁻¹ ) Isso ocorre porque a existência de carbono no MoS ₂ / C melhora a condutividade e o armazenamento superficial / interfacial do Li originado da estrutura porosa da nanoesfera e da formação / decomposição reversível do filme polimérico do tipo gel (SEI) [38]. Após 100 ciclos, o MoS ₂ / C e MoS ₂ ânodos mostram capacidades específicas de descarga de 587,18 e 350 mAh g ⁻¹ com alto CE de aproximadamente 99%. A capacidade de taxa de duas amostras também foi avaliada em diferentes densidades de corrente variando de 0,1 a 2 A g ⁻¹ na Fig. 5d. O MoS ₂ / C retém altas capacidades de descarga em densidades de corrente mais altas:878 mAh g ⁻¹ a 0,1 A g ⁻¹ , 806 mAh g ⁻¹ a 0,2 A g ⁻¹ , 733 mAh g ⁻¹ a 0,5 A g ⁻¹ , 673 mAh g ⁻¹ em 1 A g ⁻¹ , 633 mAh g ⁻¹ a 1,5 A g ⁻¹ e 612 mAh g ⁻¹ em 2 A g ⁻¹ após 10 ciclos. Quando reavaliado na densidade de corrente de 0,1 A g ⁻¹ , a capacidade de descarga atinge rapidamente 754 mAh g ⁻¹ e permanece 876 mAh g ⁻¹ após 40 ciclos, que é quase próximo ao do primeiro 10º ciclo, sugerindo o excelente desempenho da taxa e estabilidade estrutural do MoS ₂ / C. Quanto ao MoS ₂ , as capacidades de descarga de 0,1 A g ⁻¹ a 2 A g ⁻¹ após 10 ciclos são 320 e 55 mAh g ⁻¹ com enorme perda de capacidade de cerca de 83%. Os resultados revelam que a condutividade elétrica do MoS comercial ₂ não há melhora significativa devido à adição de carvão ativado, não alcançando o efeito de carga e descarga rápidas. Isso ocorre porque a mistura física simples não pode melhorar efetivamente a condutividade elétrica do MoS comercial ₂ , mas pode atingir o objetivo ideal com revestimento de carbono como o MoS obtido ₂ / C.

O desempenho do ciclo de longo prazo de duas amostras é mostrado na Fig. 5e em uma grande densidade de corrente de 1,0 A g ⁻¹ . Para ativar os eletrodos, as células são testadas em uma densidade de corrente baixa de 0,05 A g ⁻¹ para os primeiros dois ciclos. O MoS ₂ / C exibe altas capacidades de descarga de 515, 443 e 439 mAh g ⁻¹ em 1,0 A g ⁻¹ para 100º, 300º, 500º ciclos, respectivamente. Comparado com o MoS relatado anteriormente ₂ materiais de ânodo da Tabela 1, mostra que MoS poroso hierárquico ₂ As nanoesferas / C têm melhor desempenho eletroquímico e apresentam grande potencial para substituir materiais de ânodo de grafite. É importante notar que a curva de capacidade do MoS ₂ / C como um todo é relativamente estável sem declínio particularmente óbvio, exceto nos primeiros ciclos, ilustrando a estabilidade do ciclo de longo prazo proeminente. No entanto, o MoS ₂ os ânodos sofrem uma tremenda perda de capacidade com baixas capacidades de descarga de 114, 109 e 138 mAh g ⁻¹ nos mesmos ciclos. Como resultado, MoS ₂ / C ainda exibe propriedades eletroquímicas superiores do que o MoS comercial ₂ , embora o carvão ativado com a mesma proporção de peso relativo seja introduzido no MoS ₂ eletrodo. Isso pode ser atribuído às seguintes vantagens. I. MoS ₂ Os compostos / C possuem arquitetura porosa aberta em que a nanosfera é auto-montada por MoS ultrafino ₂ / C nanofolhas revestidas com fina camada de carbono, que facilitam o contato íntimo entre o eletrodo e o eletrólito e o transporte rápido de elétrons e íons. Enquanto isso, a arquitetura porosa aberta é vantajosa para formar canais interconectados internos e expor um maior número de locais ativos para transmissão eletrônica / iônica e armazenamento de lítio. II. A fina camada de carbono derivada da carbonização de DPH pode não apenas atuar como uma matriz de suporte estável para impedir a agregação de MoS ₂ nanofolhas, mas também melhoram a condutividade geral do material. III. O espaçamento entre camadas expandido de MoS ₂ no MoS ₂ / C pode diminuir a resistência à difusão de íons e aliviar a expansão volumétrica durante os ciclos de descarga / carga.

Conclusões

Neste trabalho, fabricamos MoS poroso hierárquico ₂ / nanoesferas de carbono auto-montadas por MoS ultrafino ₂ / C nanofolhas por um método hidrotérmico fácil seguido de recozimento. Beneficiando-se do projeto de estrutura racional, o MoS ₂ / C fornece canais rápidos para transporte de íon / elétron e mantém alta estabilidade e condutividade de todo o eletrodo no armazenamento de lítio. Além disso, a intercalação de C no espaçamento entre camadas de MoS ₂ pode acomodar a expansão de volume para garantir a integralidade do eletrodo e melhorar a condutividade eletrônica. O MoS como fabricado ₂ / C anodo atinge alta capacidade específica (1307,77 mAh g ⁻¹ a 0,1 A g ⁻¹ ), excelente desempenho de ciclos longos (439 mAh g ⁻¹ em 1,0 A g ⁻¹ para 500 ciclos) e capacidade de taxa rápida (612 mAh g ⁻¹ em 2 A g ⁻¹ )