无硫前驱体水热法合成硫化镍/二硫化钼纳米复合材料用于超级电容器和钠离子电池

《ACS Applied Nano Materials》：Nickel Sulfide/Molybdenum Disulfide Nanocomposites Synthesized via a Sulfur Precursor-Free Hydrothermal Route for Supercapacitors and Sodium-ion Batteries

　　

超级电容器和钠离子电池（SIBs）因其高功率密度和高能量密度而成为有前景的储能技术，其中电极材料在决定整体性能方面发挥着关键作用。本研究通过无硫前驱体水热法合成了NiS_x/MoS₂纳米复合材料，利用1T-MoS₂同时作为模板和硫源。研究人员系统研究了镍前驱体浓度对形貌和电化学性能的影响，并将其应用于超级电容器和SIB负极。所得NiS_x/MoS₂纳米复合材料具有均匀的粒径和均一的形貌。电化学表征表明，NiS_x/MoS₂-0.25纳米复合材料在1 A/g下展现出最大比电容（C_F）585.1 F/g，优于纯1T-和2H-MoS₂。研究人员进一步利用该优化复合材料构建了非对称超级电容器（ASC），其表现出优异的耐久性，在9000次循环后仍保持初始电容的96%。此外，NiS_x/MoS₂-0.25纳米复合材料被用作SIBs负极材料，在0.05 A/g下展现出560.3 mAh/g的可逆容量。研究人员通过电化学分析进一步评估了电荷存储机制和循环稳定性，证实了其在100次循环中的优异电化学性能和结构完整性。

论文解读：无硫前驱体水热法合成NiS_x/MoS₂纳米复合材料及其储能应用

一、研究背景与意义

化石燃料的过度使用对环境和全球经济造成严重危害，其短缺与引发的环境问题使能源的捕获和保存在所有能源类型中尤为关键，特别是可再生能源。为应对可再生能源供给与现有传输网络效率之间的不一致性，储能系统在稳定能源分配方面发挥着关键功能。锂离子电池（LIBs）依靠高能量密度和长寿命成为目前最具吸引力的储能装置，但同时也加剧了对稀缺锂资源的需求。由于钠储量丰富且全球分布广泛，钠离子电池（SIBs）成为LIBs的可行替代方案，尤其适用于大规模应用。过渡金属硫族化合物，特别是金属硫化物，凭借丰富的氧化还原活性、高理论容量和结构可调性而备受关注。二硫化钼（MoS₂）作为典型层状金属硫化物，具有独特电子结构和厚度依赖的可调带隙，其大层间距、强离子吸附能力和良好的结构稳定性使其非常适合用于超级电容器和SIBs。然而，与单金属硫化物相比，多金属硫化物复合材料因不同金属原子间的强协同作用而具有显著增强的电化学活性。MoS₂的金属性1T相相较于半导体2H相具有更高电导率和更丰富活性位点，更适合嵌入型储能应用。传统合成方法通常需要额外添加硫脲或硫代乙酰胺等含硫前驱体，增加了工艺复杂性与潜在污染。基于这些问题，研究人员开发了以1T-MoS₂同时作为模板和硫源的无硫前驱体水热策略合成NiS_x/MoS₂纳米复合材料，系统考察其在超级电容器和SIBs中的双功能应用。该论文发表在《ACS Applied Nano Materials》。

二、主要技术方法

研究人员采用无硫前驱体水热法，以水热制备的1T-MoS₂纳米片同时充当模板和硫源