氮掺杂超细CoP/CoS纳米颗粒锚定还原氧化石墨烯的协同效应及其在锂存储中的卓越性能

为解决传统石墨负极理论容量低（372 mA h g?1 ）和过渡金属化合物（如CoP、CoS）的体积膨胀、SEI层不稳定等问题，研究人员通过水热-高温协同策略构建了氮掺杂碳包覆超细CoP/CoS纳米颗粒（<10 nm）锚定还原氧化石墨烯（rGO）的三维复合电极（CPSCG）。该材料展现出高比容量（969.2 mA h g?1 ，0.05 A g?1 ）、优异循环稳定性（500次循环后容量保持率140%）和快速反应动力学（77%赝电容贡献），为高能量密度锂离子电池负极设计提供了新思路。

　　

在全球能源结构转型和“双碳”战略背景下，高能量密度、长循环寿命的锂离子电池（LIBs）成为研究热点。然而，传统石墨负极的理论容量仅为372 mA h g^?1
，难以满足高功率设备需求。钴基磷化物（CoP）和硫化物（CoS）虽具有更高理论容量（CoP: 894 mA h g^?1
，CoS: 589 mA h g^?1
），但其实际应用受限于体积膨胀、SEI层不稳定及硫溶解等问题。为此，山西大同大学的研究团队通过多维协同改性策略，设计出氮掺杂碳包覆超细CoP/CoS纳米颗粒锚定还原氧化石墨烯（rGO）的复合电极材料（CPSCG），相关成果发表于《Applied Surface Science》。

研究采用水热合成、高温煅烧和同步磷硫化技术，结合X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和电化学测试等方法，系统评估了材料的晶体结构、形貌及性能。

Preparation procedure
通过水热法将CoSO₄
·7H₂
O、六亚甲基四胺（HMT）和葡萄糖与GO分散液混合，经高温磷硫化处理获得CPSCG。

Characterization
XRD分析显示，CPSCG中CoP（正交晶系）和CoS（六方晶系）共存，TEM证实超细纳米颗粒（<10 nm）均匀分布在rGO片层上，碳包覆层厚度约2 nm。X射线光电子能谱（XPS）证实氮成功掺杂（1.78 at%），增强了界面电子传导。

Electrochemical performance
CPSCG在0.05 A g^?1
下展现969.2 mA h g^?1
的高比容量，优于单一组分（CPCG: 712.3 mA h g^?1
；CSCG: 586.7 mA h g^?1
）。500次循环后容量保持率达140%，赝电容贡献占比77%（1 mV s^?1
），归因于rGO三维导电网络和氮掺杂的协同效应。

Conclusion
CPSCG通过“活性位点-导电网络-离子通道”一体化设计，解决了过渡金属化合物的固有缺陷。其创新点包括：（1）超细纳米颗粒最大化赝电容贡献；（2）rGO网络抑制颗粒团聚；（3）氮掺杂优化锂离子吸附。该研究为高稳定性负极材料设计提供了新范式。

讨论
研究表明，CoP/CoS双相协同可平衡容量与速率性能，而氮掺杂碳层通过C-O-M键强化了颗粒锚定。未来可进一步探索其他过渡金属化合物的多维协同设计，推动LIBs向更高能量密度发展。