碳纳米颗粒修饰的CoPS空心微球结构设计及其增强钠离子存储性能研究

针对三元金属磷硫化物(MPS)在钠离子电池(SIBs)应用中存在的结构脆性、颗粒团聚和导电性差等问题，研究人员通过热氧化-同步磷硫化策略构建了碳纳米颗粒修饰的CoPS空心微球(CoPS HS)。该材料在0.1 A g?1和10 A g?1下分别展现717.5 mAh g?1和476.5 mAh g?1的高比容量，且在2.0 A g?1循环1000次后无显著衰减，为MPS基负极材料的性能优化提供了新思路。

　　

随着全球能源结构转型加速，钠离子电池(SIBs)因其资源丰富和成本低廉的优势，被视为锂离子电池(LIBs)最具潜力的替代者。然而，SIBs的发展面临关键瓶颈——传统石墨负极对钠离子(Na⁺)的存储容量仅为31 mAh g^?1，而硬碳材料虽提升至300 mAh g^?1，却受制于初始库仑效率(ICE)低的问题。三元金属磷硫化物(MPS)因其独特的二维层状结构和多元素协同效应，展现出高比容量和适宜的电化学电位，成为研究热点。但这类材料普遍存在循环过程中结构坍塌、颗粒团聚和本征导电性差三大挑战，严重制约其实际应用。

针对这一科学难题，江西理工大学的研究团队创新性地设计出碳纳米颗粒修饰的CoPS空心微球(CoPS HS)。通过热氧化钴-甘油微球前驱体结合同步磷硫化工艺，成功构建具有大内部空腔的三维结构。该材料在《Journal of Energy Storage》发表的研究成果显示：空心结构有效缓冲了Na⁺嵌入/脱出时的体积变化，表面碳纳米颗粒显著提升了电子传导速率。电化学测试表明，CoPS HS在0.1 A g^?1电流密度下实现717.5 mAh g^?1的可逆容量，即使在10 A g^?1高倍率下仍保持476.5 mAh g^?1，且2.0 A g^?1循环1000次后容量保持率超过90%。

关键技术方法包括：1) 溶剂热法制备钴-甘油微球前驱体；2) 热氧化处理形成中空结构；3) 同步磷硫化反应构建CoPS相；4) 原位碳纳米颗粒修饰提升导电性。

【Structural, morphological and compositional characterizations】
XRD和EDS分析证实产物为纯相CoPS，SEM显示微球由约500 nm的CoPS颗粒组装而成，内部空腔直径达300 nm。TEM观察到5-10 nm碳颗粒均匀分布在CoPS表面，拉曼光谱显示碳材料具有高度石墨化特征。

【Conclusions】
该研究开创性地将空心结构与表面碳修饰策略相结合，解决了MPS材料体积膨胀和导电性差的共性问题。异步反应的磷硫元素有效分散了循环应力，而三维中空框架缩短了离子扩散路径。这种"结构-功能"一体化设计为开发高性能SIBs负极提供了普适性方案，对推动钠电商业化具有重要指导意义。