近日，我院黃紹專教授團隊在金屬硫族化合物新型結構的構筑及鉀離子電池性能研究方面取得了新的研究進展，研究成果以“Promoting the Potassium Storage of 2D Layered Indium Sulfide Through Zinc Incorporation and MXene Coupling”為題發表于國際著名期刊《Advanced Functional Materials》。我院碩士研究生馬瀏原為論文第一作者，黃紹專教授、胡軍平副教授為論文通訊作者，中南民族大學為論文第一署名單位。
金屬硫族化合物擁有高理論容量和卓越的電化學特性，引起了廣泛的研究興趣。然而此類材料在電化學反應中面臨體積膨脹劇烈以及反應動力學遲緩等挑戰。這些難題嚴重影響了電池的循環性能和快速充放電性能，限制了它們在鉀離子電池領域的發展潛力和應用廣度。
該工作提出了一種新型二維層狀硫化銦（In1.95S3），并采用鋅取代與MXene耦合的方法，旨在克服In1.95S3的導電性和循環穩定性差的問題。通過構建ZnIn2S4/MXene（ZIS/MXene）異質結構，以MXene片為基底，ZIS納米片垂直生長，實現了鉀離子（K+）的快速穩定傳輸和結構的完整性保持。水/甘油分子的插層以及ZIS與MXene之間的異質界面耦合顯著增加了層間距，為K+擴散提供了更為高效的通道。實驗結果和理論計算表明，鋅的取代顯著提高了In1.95S3的熱穩定性，縮小了帶隙，降低了K+的擴散阻力。這些改進使得ZIS/MXene負極展現出高可逆容量（0.1 A g-1時為424.5 mAh g-1）、卓越的倍率性能（5 A g-1時為185.2 mAh g-1）以及出色的循環穩定性（1 A g-1下1000次循環后容量保持率為84.8%）。原位和非原位表征結果揭示了ZIS/MXene負極遵循插層-轉換-合金化反應機制，并伴隨著從納米片到納米點的高度可逆形態轉變。這項研究提出了一種新型的層狀負極材料，該材料不僅增強了K+的擴散能力，還具有良好的結構穩定性，為開發高性能鉀離子電池提供了一種有前景的解決方案。
黃紹專教授現為化學與材料科學碩士生導師，材料化學系主任，先進儲能材料與器件團隊負責人，湖北省百人計劃獲得者。研究方向是高性能鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等關鍵電極材料的設計、合成及儲能機制研究。在Chemical Society Reviews，Science Advances，Advanced Materials等期刊發表學術論文130余篇，論文總引用次數9000余次，H因子56。主持及參與國家合作項目、國家自然科學基金等項目8項，目前任Journal of Energy and Sustainability，Batteries期刊編委，Chemical Synthesis青年編委。
文章信息：Liuyuan Ma#, Junping Hu*, Chengjiang Deng, Peng Mei, Xiaoyan Han, Haocun Ba, Zihao Li, Daohong Zhang, Shaozhuan Huang*. Promoting the Potassium Storage of 2D Layered Indium Sulfide Through Zinc Incorporation and MXene Coupling, 2024, 2418733, DOI: 10.1002/adfm.202418733.
文章鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202418733
作者：馬瀏原 責編：王立 審核：張道洪 發布：艾麗菲拉 發布時間：2024-11-27
