MOF衍生双碳限域FeCoS2纳米颗粒的构建及其高性能锂/钠离子电池应用研究

为解决传统石墨负极理论容量低（LIBs仅372 mA h g?1，SIBs仅35 mA h g?1）和过渡金属硫化物（TMSs）体积膨胀等问题，研究人员通过热解FeCo-MOF-GO前驱体开发了双碳限域FeCoS2@NC-G复合材料。该材料在LIBs中实现1500次循环后729.9 mA h g?1的高容量，SIBs中800次循环后415.0 mA h g?1的稳定性能，其氮掺杂碳-石墨烯协同结构有效抑制多硫化物穿梭效应，为高能量密度电池设计提供新策略。

　　

随着全球对可持续能源存储需求的激增，锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）因高能量密度和环境友好特性成为研究热点。然而，传统石墨负极的理论容量严重制约其发展（LIBs为372 mA h g^?1，SIBs仅为35 mA h g^?1），而过渡金属硫化物（TMSs）虽具有高理论容量，却面临体积膨胀、多硫化物溶解等挑战。针对这些问题，浙江农林大学的研究团队通过创新性设计双碳限域结构，在《Journal of Energy Storage》发表了突破性研究成果。

研究采用热解-硫化两步法，将FeCo-MOF-GO前驱体转化为FeCoS₂@NC-G复合材料。关键技术包括：1）溶剂热法合成FeCo-MOF-GO前驱体；2）惰性气氛下高温硫化处理；3）通过XRD、SEM等表征确认氮掺杂碳纳米棒与石墨烯的双重包覆结构；4）电化学测试评估倍率性能与循环稳定性。

结果与讨论

1. 材料制备与表征：FeCoS₂纳米颗粒被均匀限域在氮掺杂碳基质中，外层由石墨烯包裹形成三维导电网络（图1a）。XRD证实FeCoS₂晶体结构，Raman光谱显示碳材料的高石墨化程度。
2. 电化学性能：在5 A g^?1高电流密度下，LIBs中循环1500次后容量保持729.9 mA h g^?1，SIBs中800次循环后仍达415.0 mA h g^?1。20 A g^?1超高倍率下，LIBs/SIBs分别输出547.1和433.1 mA h g^?1。
3. 机理分析：双碳结构通过物理限域抑制FeCoS₂颗粒团聚，氮掺杂碳提升电子传导，石墨烯网络缓解体积变化，协同作用显著降低多硫化物（Li₂S_x/Na₂S_x）穿梭效应。

结论与意义
该研究通过MOF衍生策略构建的双碳限域体系，为解决TMSs负极材料的关键瓶颈提供了新思路：1）氮掺杂碳基质实现纳米颗粒均匀分散；2）石墨烯外层增强机械稳定性；3）双重保护使材料在超高电流密度下仍保持结构完整性。这项工作不仅为高能量密度电池开发提供普适性设计原则，其"MOF前驱体-双碳限域"的合成路径还可拓展至其他电极材料体系。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献内容；专业术语如LIBs（锂离子电池）、SIBs（钠离子电池）等首次出现时均标注说明；作者名保留原文拼写；研究机构按国内惯例翻译为"浙江农林大学"）