近日，本课题组19级研究生——李崇伟同学在化学科学及相关交叉领域的综合性化学期刊 Science China Chemistry（SCI一区Top期刊，影响因子9.445）上发表了题为“Heterostructured NiS2@SnS2 hollow spheres as superior high-rate and durable anodes for sodium-ion batteries”的研究论文。《中国科学：化学》（中文版）和Science China Chemistry（英文版）是由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性化学期刊，创刊于1966年。其致力于快速报道化学及其与生命科学、材料科学、能源科学、环境科学等交叉领域的创新性研究成果、最新研究进展及发展趋势等，现已发展成为在学术水平、编辑质量、出版质量上的国内一流学术刊物。
SnS2由于较高的理论容量受到较多关注，然而由于其较低的导电性与剧烈的体积膨胀，缓慢的动力学等缺点限制了其性能的发挥。我们以MOFs衍生多孔NiS2空心球为材料内核，在其上垂直生长SnS2纳米片，形成了具有异质结结构的NiS2@SnS2核壳微米球。得益于合适的材料选择与结构设计，复合材料表现出极佳的扩散动力学，并且通过理论计算进一步证明了优异动力学的产生与有效的异质结界面以及有序的内置电场的建立有关。因此电极材料对钠离子的储能表现优异，并且将其组装成全器件也依然能保持良好的电化学性能，有望成为未来能源储存的优秀负极材料。
图1.(a)NiS2@SnS2复合材料合成示意图;(b) Ni-MOF,(c) NiS2,(d)NiS2@SnS2的SEM图;(e)材料NiS2,SnS2and NiS2@SnS2XRD对比图,(f)NiS2@SnS2的晶体结构图。
图2.(a, b)NiS2球的TEM图像，(c)NiS2球的高倍TEM图像,(d, e)NiS2@SnS2的TEM图像(f)NiS2@SnS2高倍TEM图像，(g)NiS2@SnS2的HAADF-STEM元素分析.
图3.NiS2@SnS2的XPS图谱.(a)全谱,(b) Ni 2p,(c) Sn 3d,(d)S 2p,(e)C 1s,and(f) N 1s
图4.(a) NiS2@SnS2在扫速为0.1 mV s−1下的前三圈CV曲线; (b) NiS2@SnS2在电流密度为0.2 A g−1下的GCD曲线; (c) NiS2@SnS2在不同电流密度下的GCD曲线; (d)NiS2@SnS2, NiS2,SnS2在不同电流密度下的倍率性能对比图; (e)与相近的NiS2和SnS2基负极的电化学性能比较; (f) NiS2@SnS2, NiS2,SnS2在小电流下的循环性能对比图
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(g)NiS2@SnS2在大电流下长循环性能图
图5.(a)新鲜的电池NiS2@SnS2, NiS2和SnS2的EIS图谱，插图为等效电路模型;(b) NiS2@SnS2, NiS2和SnS2的Z′与ω−1/2的关系;(c-e) EIS图谱，在电流密度为1 A g−1的情况下，不同循环后NiS2@SnS2的Z′与ω−1/2的对应关系，及DNa+和Rct的变化;(f) NiS2@SnS2在0.2—1 mV s−1不同扫描速率下的CV曲线;(g)峰值电流的对数与扫描速率的对数之间对应的线性关系，(h)赝电容贡献在1 mV s−1时的CV曲线(用阴影区表示)，(i)不同扫描速率下赝电容和扩散控制贡献的比例
图6.(a) NiS2@SnS2在初始的嵌钠/脱钠循环中对充/放电剖面的非原位XRD图，(b)不同放电(DC)/充(C)阶段的XRD线图
图7(a)DFT计算NiS2、SnS2和NiS2@SnS2的态密度(DOS);(b) NiS2@SnS2异质界面的电荷密度差;(c)DFT计算NiS2、SnS2和NiS2@SnS2的钠离子吸附能，(d) NiS2和SnS2界面处内建电场原理图
图8.NiS2@SnS2||NVP全电池的电化学性能。(a)全电池示意图;(b)半电池NiS2@SnS2和NVP的在电流密度0.2 A g−1下的GCD曲线;(c)电流密度0.5 A g−1下的GCD曲线;(d)器件在电流密度为0.5 A g−1时的循环性能;(e)倍率性能，(f)与最近报道的一些SIBs拉贡曲线的比较
空心多孔的微纳结构能有效缓解材料体积膨胀，增强材料在循环过程的稳定性；异质结构可以加快电子与钠离子在材料中的的动力学传输，充分发挥出材料的电化学性能；NiS2与SnS2二者产生协同效应，共同增强结构稳定性与电化学动力传输。
文章链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11426-022-1299-5