三维空心碳组装WS2 纳米片复合结构实现钠离子电池高倍率性能

本研究针对WS2 作为钠离子电池负极材料存在的结构稳定性差和动力学缓慢问题，通过构建N掺杂三维空心碳支撑的WS2 纳米片复合结构，实现了384 mAh g?1 的高可逆比容量（200 mA g?1 下循环150次）和191 mAh g?1 的优异倍率性能（10 A g?1 ）。该工作为层状金属硫化物的结构设计提供了新思路。

　　

随着全球对锂资源短缺问题的关注，与锂同族的钠因储量丰富成为储能研究新焦点。然而，钠离子电池(SIBs)负极材料面临比容量低和循环寿命短的双重挑战。钨 disulfide(WS₂
)虽具有433 mAh g^?1
的高理论容量，但其半导体特性和充放电过程中的剧烈体积变化严重制约实际应用。陕西科技大学等机构的研究人员创新性地将WS₂
纳米片与三维空心碳复合，在《Materials Today Energy》发表的这项研究，不仅揭示了碳基质对转化反应稳定性的增强机制，更实现了0.06%的超低单周容量衰减率。

研究采用硬模板法构建ZnO衍生MOF碳骨架，通过溶剂热技术原位生长WS₂
纳米片。XRD证实了WS₂
的纯相形成，SEM/TEM显示纳米片均匀锚定在空心碳表面。电化学测试表明，复合材料的钠离子扩散系数比纯WS₂
提升两个数量级，XPS分析揭示了N掺杂碳对电子传输的促进作用。

【Results and discussion】部分显示：三维空心碳不仅提供快速电荷传输通道，其刚性骨架更有效缓冲了WS₂
在转化反应中高达140%的体积膨胀。原位XRD证实复合结构使WS₂
的(002)晶面间距变化率从7.2%降至1.8%。

【Conclusions】指出：该设计使材料在2 A g^?1
下循环800次后仍保持140 mAh g^?1
容量，其性能提升源于：1)空心碳的限域效应抑制WS₂
纳米片团聚；2)N掺杂缺陷位点加速Na⁺
吸附；3)三维连续导电网络促进电荷转移。这项工作为开发高稳定性金属硫化物电极提供了普适性策略，特别适用于大尺寸离子存储体系的设计。