高性能鈉硫電池因具有高理論比容量、價(jià)格低廉和對生態(tài)環(huán)境較爲(wèi)好友的優(yōu)點(diǎn)，而深受廣大儲能研究者的青睞。不過，該電池也存在諸多的不足，比如硫?qū)щ娦缘?，充放電過程中多硫化鈉的“穿梭效應(yīng)”、大的體積效應(yīng)及緩慢電極動力學(xué)反應(yīng)等。有鑒于此，華南理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種新型的碳化鉬複合材料，即將α-MoC1-x納米顆粒均勻負(fù)載在三維貫通的蜂窩狀中空碳球上（MoC@NHC），幷將其作爲(wèi)鈉硫電池的硫載體材料，而能極大提高該電池的電化學(xué)性能。
S/MoC@NHC的合成示意圖（圖源：Jianlin Huang/Energy Storage Materials）
碳化鉬粉是碳進(jìn)入過渡金屬的晶格形成的一族具有金屬性質(zhì)的間充型化合物，具有較高的熔點(diǎn)和硬度，良好的催化性能、熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和抗腐蝕性等特點(diǎn)。在催化特性方面，MoC粉在許多方面與鉑族貴金屬相似，特別是其加氫活性上與Pt、Pd等貴金屬相當(dāng)，有望成爲(wèi)貴金屬的替代物。此外，MoC粉還被發(fā)現(xiàn)有類似貴金屬的電子結(jié)構(gòu)和催化特性以及擁有好的電容特徵和充放電行爲(wèi)，是一種很有應(yīng)用前景的催化新材料。
比如，MoC@NHC材料可以作爲(wèi)鈉硫電池的高效正極電催化劑，具體優(yōu)勢如下：中空碳結(jié)構(gòu)具有較大的空隙空間，有利于對多硫化鈉的物理吸附和緩衝充放電過程中體積的膨脹；由PMA@ZIF-8（磷鉬酸和沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料）衍生的氮摻雜的碳?xì)た梢杂行岣唠姌O的電導(dǎo)率和吸附多硫化物；α-MoC1-x納米顆粒能在增強(qiáng)吸附多硫化鈉能力的同時(shí)，對多硫化鈉的氧化還原過程表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)催化活性。
多硫化物催化轉(zhuǎn)化的機(jī)理圖（圖源：Jianlin Huang/Energy Storage Materials）
MoC@NHC材料的製備：以羧基化的聚苯乙烯（PS）爲(wèi)模板，ZIF-8爲(wèi)主體框架材料，磷鉬酸（ PMA）爲(wèi)客體功能分子，製成核殼結(jié)構(gòu)的PS/PMA@ZIF-8前驅(qū)體，前驅(qū)體再經(jīng)過高溫?zé)峤夂铣杉纯色@得所需要的材料。
該研究成果以“A highly-efficient electrocatalyst for room temperature sodium-sulfur batteries: assembled nitrogen-doped hollow porous carbon spheres decorated with ultrafine α-MoC1-x nanoparticles”爲(wèi)題發(fā)表在國際期刊Energy Storage Materials上。
