为应对全球能源需求的空前增长和日益严峻的环境压力,改进下一代电化学储能技术成为一项重要任务[[1], [2], [3], [4], [5]]。自20世纪90年代以来,锂离子电池已广泛应用于新能源汽车和便携式电子设备[6,7]。然而,锂资源的地理分布不均和有限的储量限制了其大规模储能应用,因此研究重点转向了钠离子电池(SIB)系统[[8], [9], [10]]。钠与锂具有类似的碱金属特性和化学性质/插层机制,其地壳丰度是锂的420倍(2.64%),大大降低了原材料成本。然而,钠的离子尺寸(1.02 ?)远大于锂(0.76 ?),导致扩散动力学缓慢和电极体积膨胀。因此,开发兼具结构耐久性和快速离子传输能力的电极对于推进SIB的商业化至关重要[[11], [12], [13]]。
过渡金属硫化物(如MnS、FeS、CoS?、MoS?、ZnS)[[14], [15], [16], [17], [18]]因其高理论容量、合适的操作电压窗口和资源可持续性而成为SIB负极材料的理想候选者。特别是基于Mn的硫化物因其显著的理论容量、环境友好性和低成本而受到广泛关注[[19], [20], [21], [22], [23], [24]]。然而,基于Mn的硫化物在循环条件下仍面临与其他过渡金属硫化物相同的挑战,例如严重的体积变化和缓慢的反应动力学[[25], [26], [27], [28]]。这些问题会导致电极材料极化并导致容量显著衰减。一种有效的策略是构建基于Mn的硫化物/C纳米复合材料,以帮助这些材料适应体积变化,并在充放电循环过程中增强电子/离子导电性。例如,孙等人通过便捷的一步溶热法制备了中空的MnS/CNTs杂化材料[29]。这种中空MnS/CNTs电极在200次循环后仍保持136 mAh/g的比容量。袁等人采用锰配位纳米线和GO作为前驱材料,通过简单且可扩展的方法制备了MnS纳米晶体嵌入碳纳米线/RGO(MnS@CNWs/RGO)复合材料[30]。MnS@CNWs/RGO复合材料在10000次循环后仍保持150 mAh/g的稳定容量。崔等人还制备了纳米MnS@N,P-LPC复合材料,其中MnS立方体嵌入由褐煤衍生的N、P共掺杂的多孔碳中[31]。得益于其独特的结构,纳米MnS@N,P-LPC电极在1500次循环后仍能达到392.5 mAh g?1的比容量。基于MnS/C纳米复合材料的循环性能观察,合理的结构工程已被证明能有效提高其钠存储能力。特别是,这些复合材料的三维多孔结构具有多重优势:防止活性材料团聚和破碎,改善电荷传输动力学,并扩大电极-电解质界面接触面积。因此,通过简单合成方法研究新型三维MnS/C杂化材料是提升其SIB负极性能的有前景策略[[32], [33], [34]]。
在这里,我们首次通过简单的水热法制备了MnS/NC亚微球,随后进行氧化聚合和碳热还原/硫化处理。作为SIB负极材料,这些MnS/NC亚微球在2000次循环后仍能保持167 mAh g?1的可逆容量。MnS/NC亚微球卓越的电化学性能源于其独特的结构,这不仅提高了电极的耐久性,还促进了高效的电荷传输。