河北
1成果简介
生物质碳包封过渡金属硫化物（TMSs）作为增强型锂离子储能的阳极是近期可持续发展领域的一个热门话题。本文，黑龙江大学邓兆鹏 研究员，高山 教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Biomass-Derived Graphitic Carbon/Co9S8 Nanocomposite as Anode for Enhanced Lithium Storage”的论文，研究通过将废弃的葱须简单浸泡在Co（NO3）2溶液中，然后在不同气氛下进行原位煅烧和硫化反应，制备了三种基于Co9S8的生物形态材料。
其中，Co9S8/GC-1纳米复合材料是由43wt %源自生物质的石墨化碳（GC）和小尺寸纳米颗粒交联而成，具有多级介孔分布和较大的比表面积（109.3m2-g-1）。这种独特的结构不仅缩短了锂离子的迁移路径，促进了电解质的快速渗透，形成了稳定的固体电解质相间膜（SEI），而且抑制了Co+9S8纳米粒子的团聚，缓解了其体积膨胀，从而确保了电极材料的结构稳定性，并提供了良好的赝电容行为。作为锂离子电池（LIB）的负极，Co9S8/GC-1 电极在5Ag-1时的放电容量为381mAhg-1。特别是在 1Ag-1 的条件下，经过2000次循环，其容量仍可稳定在471.3mAhg-1。这表明Co9S8/GC-1纳米复合材料具有良好的容量保持能力和长循环性能，可进一步用作LIB的候选阳极。
2图文导读
方案1. 以 t-SR 为模板和碳源合成Co9S8、Co9S8/GC-1 和Co9S8/GC-2 的过程
图1. 三种硫化产物的 XRD 图样（a）、拉曼光谱（b）和空气中的 TG 曲线（c）。
图2. 三种硫化产物的全 XPS 光谱（a）和高分辨率 XPS 光谱：Co 2p (b) 和 S2p (c)；(d)Co9S8/GC-1 和Co9S8/GC-2 复合物的高分辨率 C1s XPS光谱。
图3. Co9S8（a、d、g）、Co9S8/GC-1（b、e、h）和 Co9S8/GC-2（c、f、i）的SEM、TEM 和 HRTEM图像。
图4。（a–c）Co9S8、Co9S8/GC-1和Co9S8/GC-2电极在0.2mV s–1下的CV曲线。（d–f）三个电极在0.1Ag–1下的前三条恒电流放电/充电曲线。
图5：（a）Co9S8、Co9S8/GC-1 和Co9S8/GC-2 电极在 1 Ag-1 下的长周期性能以及Co9S8/GC-1 的库仑效率；（b）Co9S8和Co9S8/GC-1 电极在不同电流密度下的速率性能；（c）在1Ag-1 下充放电循环 2000 次后的 EIS 光谱。
图6. (a)Co9S8/GC-1 电极在不同扫描速率下的 CV 曲线。(b) 对数峰值电流与对数扫描速率之间的关系。(c) 0.8 mVs-1时的赝电容贡献率。(d) 不同扫描速率下相应赝电容的贡献率。
3小结
总之，以废弃的天然 t-SR 为生物模板和碳源，通过简单的钴盐浸渍前驱体原位碳化，然后进行氧化和硫化反应，可控地合成了具有管状形态的Co9S8/GC-1 复合材料。其分层结构由 43 wt % 的生物质衍生 GC 和小尺寸纳米颗粒交联而成，具有多级介孔分布、大比表面积（109.3m2-g-1）、低电荷转移电阻（Rct= 30 Ω）和良好的赝电容辅助等特点。作为LIB的阳极，Co9S8/GC-1 电极在电流密度为 1 A g-1 时，经过 2000 次循环后仍能保持 471.3 mA hg-1的稳定可逆容量，这表明该电极具有良好的容量保持能力和长期循环性能。这可归因于其独特的微观结构、适当的 GC 掺杂、C-S 键的形成以及赝电容行为的协同作用。因此，利用废弃的 t-SR 模板原位合成的介孔Co9S8/GC-1 复合材料有望成为 LIB 阳极的候选材料。这种低成本、可再生的生物质策略可为制备其他具有优异锂存储性能的 TMS 负极材料提供宝贵的启示。
文献：
https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00731
来源：材料分析与应用
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