成果簡介
開發用於鈉離子電池的高效能碳基負極是非常需要的，但由於碳材料具有低可逆容量和較差的迴圈效能，因此仍然具有挑戰性。本文，江西師範大學盧章輝教授團隊在《Ind. Eng. Chem. Res.》期刊發表名為“Hierarchical Porous and Sandwich-like Sulfur-Doped Carbon Nanosheets as High-Performance Anodes for Sodium-Ion Batteries”的論文，研究以氧化石墨烯（GO）為基體，澱粉為碳源，二苄基二硫化物為硫源，透過水熱自組裝工藝製備了新型S摻雜碳奈米片（SCN）。
獲得的具有分級孔和三明治狀結構的SCN用於鈉離子電池的負極材料，在50mAg-1下迴圈100次後表現出207.3mAhg-1的高可逆放電容量。當電流密度達到1Ag-1時，也可以獲得118.8mAhg-1的可逆放電容量。此外，在 200mAg –1下，可實現超過500次迴圈的顯著長期迴圈穩定性. SCN電極優異的電化學效能（高可逆容量、高倍率效能和長期迴圈穩定性）是由於S摻雜、分級孔隙和三明治結構的協同作用。此外，電化學動力學分析也證實了 SCN 電極的鈉儲存機制增強了贗電容控制行為。本研究不僅展示了一種高效能的鈉離子電池負極材料，而且為製備用於各種應用的硫摻雜碳材料提供了一種新方法。
圖文導讀
圖1. SCN合成過程的示意圖。
圖2. CN的SEM影象（a 和 b）和 SCN 的 SEM 影象（c 和 d）。
圖3、CNs和SCNs的氮吸附/脫附等溫線(a)、CNs和SCNs的孔徑分佈(b)、CNs和SCNs的XRD圖譜(c)、CNs和SCNs的拉曼光譜( d)、SCN 的 XPS 光譜 (e) 和SCN的S2p的高解析度光譜 (f)。
圖4. (a)SCN 電極在0.2mV s –1掃描速率下的迴圈伏安圖
(b)SCN電極在20mAg –1電流密度下的充電/放電曲線，
(c) SCN和CN電極當電流密度為20mAg –1時的的迴圈效能，
(d) SCN和CN電極當電流密度為50mAg–1時的迴圈效能，
(e) SCN和CN電極當電流密度為100和200mA–1時長期迴圈效能。
圖5. (a)CN電極在0.2至1.2mVs –1的不同掃描速率下的CV曲線，(b)為 SCN 電極的陰極和陽極繪製的b值 ， (c) SCN 電極在0.8mVs–1電容貢獻（陰影區域）， (d）SCN 電極在不同掃描速率下的電容貢獻率。
圖6. SCN電極的鈉離子儲存機制示意圖。
小結
綜上所述，開發了一種簡便的水熱自組裝策略來製備具有分層孔和三明治結構的新型SCN。正如預期的那樣，合成後的SCN電極顯示出非凡的電化學效能，具有高可逆容量、高倍率效能和長期迴圈穩定性。這項工作為製備SCN提供了一種新的方法，可用於其他方面，如超級電容器、鋰空氣電池、鋰硫電池、儲氫和催化。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c04575
