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          天津工業大學李振環Carbon:具有保護性碳殼的MoXn@MPCNF的構建及其在高性能鋰離子電池中的應用
          2021/6/11 16:32:03 易絲幫

          DOI: 10.1016/j.carbon.2021.04.031

           

          合理設計與高比容量納米材料耦合的電極結構,是構建高性能儲能系統的理想選擇。在此,通過簡單的電吹塑紡絲技術,構建了包埋鉬基化合物的具有保護性多孔碳殼的柔性三維互連多孔碳納米纖維,并將其用作獨立式鋰離子電池(LIB)負極。這樣精心設計的架構具有較大的表面積、保護性多孔碳殼和3D互連多孔結構。此外,在不同的碳化條件下,各種高比容量的鉬基化合物(包括MoS2、MoO2和MoN)能夠均勻地分散在纖維中,特別是其中一些通過薄薄的石墨碳層橋接到纖維骨架上。這種協同耦合效應得益于結構和材料的優勢,能夠有效地提供更多的鋰離子存儲活性位點、快速的電子/離子轉移路徑和良好的結構完整性。當用作LIB獨立式負極時,這三種纖維負極具有出色的電化學性能,具體表現為較高的比容量、優異的倍率性能和良好的循環穩定性。綜上所述,本研究設計的纖維負極結構為構建各種能量存儲設備的高性能電極開辟了一條新的途徑。

           

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          圖1.MoS2@MPCNF、MoO2@MPCNF和MoN@MPCNF制備過程的示意圖。


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          圖2.(a)MoS2@MPCNF,(b)MoO2@MPCNF和(c)MoN@MPCNF的高分辨率SEM圖像;(d)MoS2@MPCNF,(e)MoO2@MPCNF和(f)MoN@MPCNF的橫截面SEM圖像;(g)MoS2@MPCNF,(h)MoO2@MPCNF和(i)MoN@MPCNF的TEM圖像。


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          圖3.(a-c)MoS2@MPCNF的HR-TEM和EDS元素映射圖,(d-f)MoO2@MPCNF的HR-TEM和EDS元素映射圖,(g-i)MoN@MPCNF的HR-TEM和EDS元素映射圖。


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          圖4.MoS2@MPCNF的(a)Mo3d和(b)S2p高分辨率光譜,MoO2@MPCNF的(c)Mo3d和(d)O1s高分辨率光譜,MoN@MPCNF的(e)Mo3d和(f)N1s高分辨率光譜,MoS2@MPCNF、MoO2@MPCNF和MoN@MPCNF的(g)XRD圖和(h)氮氣吸附-解吸等溫線以及孔徑分布。


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          圖5.(a)MoS2@MPCNF,(b)MoO2@MPCNF和(c)MoN@MPCNF的前三個CV曲線,MoS2@MPCNF、MoO2@MPCNF和MoN@MPCNF的電化學性能:(d)奈奎斯特圖,(e)倍率性能,(f)在0.2A/g下進行200次循環的循環性能,(g)在1A/g下進行500次循環的循環性能。


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          圖6.循環后MoS2@MPCNF的(a)低倍SEM,(b)高倍SEM和(c)TEM圖像;循環后MoO2@MPCNF的(d)低倍SEM,(e)高倍SEM和(f)TEM圖像;循環后MoN@MPCNF的(g)低倍SEM,(h)高倍SEM和(i)TEM圖像。


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          圖7.MoS2@MPCNF、MoO2@MPCNF和MoN@MPCNF負極的鋰離子存儲過程示意圖。


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