SEF：空心壳结构多孔CoSe2/MXene用于高效储锂

随着人们对可穿戴电子器件以及电动车持续增长的需求，下一代，高能量与高功率的可充电锂离子电池锂离子电池（LIBs）引起了广泛的关注。然而，商业化的石墨烯，这种目前成熟的负极材料之一的理论容量相对较低（372 mAh g^-1），距离满足商业化高能量锂离子电池的要求还很远。在这方面，目前科研的重点集中于研发具有高性能，环境友好性以及低成本的先进负极材料，打破石墨烯碳进一步发展的障碍。

在众多的电极材料体系中，过渡金属硫属化合物（TMC）因其基于转化反应机理的相对较大的储锂容量而得到了持续的关注。尤其是二硒化钴（CoSe₂）具有很多的优越性，除高比容量外，还有其内在的增强的安全性，以及广泛的实用性等等。然而，与其他TMCs一样，CoSe₂也遭受着在充放电过程中的巨大体积变化，进而导致了快速的容量衰减与较低的电子导电性，进而造成了较差的倍率性能。因此，合理设计复合材料与结构可以提升TMCs的电化学性能。MXenes，作为一种新兴的2D过渡金属碳化物和氮化物，在超级电容器，锂（钠）离子电池，锂硫电池与催化等应用中吸引了广泛的注意力，这是因为其具有杰出的电子导电性，可控的层间距，超亲水性以及良好的机械柔性等优势。

最近，华东理工大学Xiaoyun Liu教授与复旦大学美国路易斯安那州立大学Xuebin Yu教授课题组在国际高水平学术期刊 Sustainable Energy Fuels上发表题目为：Hollow-shellstructured porous CoSe₂ microspheresencapsulated by MXene nanosheets for advanced lithium storage的研究论文，设计了一种新型的空心壳结构的多孔CoSe₂微球，通过对Co-MOFs的硒化与简易的静电自组装技术而制备，具有优异的电化学性能。

图1.CoSe₂@MXene复合物的合成制备过程。

图2. CoSe₂@MXene的FESEM, TEM,HRTEM与mapping表征。

图3. CoSe₂空心球，Ti₃C₂ MXene与CoSe₂@MXene复合物的XRD图谱；CoSe₂@MXene的比表面积与孔径分布；CoSe₂@MXene各元素的XPS。

图4. CoSe₂@MXene的电化学性能测试。

图5. CoSe₂@MXene复合物的结构稳定性分析。

本文所制备的复合CoSe₂@MXene稳定结构，通过简易的静电自组装方法，由内部的空心CoSe₂微球与外部MXene片包覆而组成。CoSe₂@MXene复合物可以结合高容量的CoSe₂空心球与高导电性的MXene片。空心结构的CoSe₂可以在锂化/去锂化循环中限制体积膨胀，MXene纳米片可以加强复合结构的稳定性并加速离子/电子的传输动力学。因此，CoSe₂@MXene在200 mA g^-1的电流密度下具有的可逆容量高达1051 mAh g^-1，当电流密度扩大到5 A g^-1时可逆容量可保持在465 mAh g^-1。在1000次循环后，在1 A g^-1的电流密度下可以具有稳定的1279 mAh g^-1的容量。这种空心结构上包覆MXene的策略为新材料的设计提供了新思路。

文献链接：

DOI:10.1039/c9se01271k

信息来源：MXene Frontie