Adv. Mater:?用于高性能鉀離子儲存的類開心果殼狀的MoSe2/C核/殼納米結構
【引言】
鉀離子電池由于其鉀在地殼中含量豐富且具有與鋰離子電池相似的脫嵌機制，已經成為了儲能領域的研究熱點。KIBs的研究仍處于初期階段。通常，石墨是KIBs最常見的陽極，理論容量為279 mAh g-1。由于它們相對較大的層間距和高電子導電性，大量的含碳材料作為KIBs的陽極被研究。然而，由于其晶體結構的膨脹和崩潰，循環穩定性和容量保持率不能達到要求。過渡金屬硒化物具有高容量，安全且轉換反應的高可用性和窄帶隙半導體特性，是堿離子嵌入/脫嵌的理想陽極材料。然而，大尺寸K離子插層后的大體積膨脹不可避免地影響KIB的循環穩定性。柔性碳基體可以緩沖體積變化，保持電極材料的完整性，同時提高電子電導率。此外，中空納米結構可以承受大的機械應變，但它們的填充密度是相對低的，由于過剩的內部空隙空間，從而導致電池低的體積能量和功率密度。在這方面，設計高堆積密度的碳中空結構類似物具有重要意義，但實現這一目標仍然是一個很大的挑戰。?
【成果簡介】
近日，北京大學郭少軍教授（通訊作者）團隊報道了一類開心果狀的MoSe2/C核殼納米結構（PMC）的合成，其擴展的MoSe2層間距為0.85nm，作為用于提高KIBs的容量，倍率能力和循環穩定性的先進陽極材料。與電池填充密度較低的普通中空結構相比，獨特的開心果形納米結構可以更好地提高填充密度，不僅可以促進電子轉移和K離子擴散，還可以保持充放電過程中的結構穩定性。此外，沿著碳表面，電子可以流暢地從一側流向另一側，并且碳可以限制所形成的硒化鉬納米片，進一步保持其結構穩定性，改善速率行為和循環穩定性。 因此，經過1000次循環的長時間循環后，PMC仍可在極高的1.0 A g-1電流密度下提供226 mAhg-1的放電容量。 第一性原理計算表明，硒化鉬塊的能壘高于擴展硒化鉬納米片的表面，表明K離子在這種不尋常結構中的擴散更快。相關研究成果“Pistachio‐Shuck‐Like MoSe2/C Core/Shell Nanostructures for High‐Performance Potassium‐Ion Storage”為題發表在Advanced Materials上。
【圖文導讀】
圖一?結構的比較
（a，b）中空NS和b）KIB的PMC
（c）PMC中離子和電子擴散的示意圖
（d）不同的硒化鉬的納米結構的合成條件和形態
圖二?PMC的物相表征和成分表征
（a）HAADF-STEM
（b）PMC的TEM圖像
（c）PMC的HRTEM圖像
（d，e，f）在PMC中的g）Mo 3d和h）Se 3d的HAADF-STEM圖像和Mo（e）和Se f的相應EDS映射
（i）PMC橫截面圖的示意圖
圖三?PMC的電化學性能表征
（a）KIB在0.2 A g-1時PMC的第2，第10和第100次充電/放電曲線。
（b）0.2 A g-1的PMC充電/放電容量和庫侖效率
（c）循環穩定性
（d）在所制備的NS，PMC和BPS的不同電流密度下評估其性能
（e）長期循環下的穩定性和在1.0A g-1的高電流密度下超過1000次循環的庫侖效率。
圖四?PMC的動力學特性
（a）不同掃描速率下的CV曲線
（b）偽電容貢獻的相應百分比
（c，d）在硒化鉬的塊體c）和表面d）上的K遷移路徑
（e）沿兩種途徑的相對能量
【小結】
本文已經合成了一類具有擴大的MoSe2夾層間距的新型PMC作為用于提高KIB性能的先進陽極材料。這種獨特的結構具有更高的填充密度，不僅可以改善K離子擴散和電子轉移，還可以提高體積能量密度。使得PMC在100個周期內提供322 mAh g-1的高容量，可逆容量保持率約為83.9％。當以1.0 A g-1的非常高的電流密度下循環并且長時間循環1000次時，容量仍然可以保持226 mAh g-1，每次循環容量衰減僅為0.017％，表現出優異的倍率性能和循環性能。第一性原理計算揭示了K離子插層過程中的低能壘，證實了這種獨特結構的高動力學性能。
文獻鏈接：“Pistachio-Shuck-Like MoSe2/C Core/Shell Nanostructures?for High-Performance Potassium-Ion Storage”(Adv. Mater., 2018,?DOI: 10.1002/adma.201801812)
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