高性能鈉硫電池因具有高理論比容量、價(jià)格低廉和對(duì)生態(tài)環(huán)境較為好友的優(yōu)點(diǎn)，而深受廣大儲(chǔ)能研究者的青睞。不過(guò)，該電池也存在諸多的不足，比如硫?qū)щ娦缘?，充放電過(guò)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(dòng)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復(fù)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），并將其作為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(guò)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)，有望成為貴金屬的替代物。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征和充放電行為，是一種很有應(yīng)用前景的催化新材料。
比如，MoC@NHC材料可以作為鈉硫電池的高效正極電催化劑，具體優(yōu)勢(shì)如下：中空碳結(jié)構(gòu)具有較大的空隙空間，有利于對(duì)多硫化鈉的物理吸附和緩沖充放電過(guò)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(duì)多硫化鈉的氧化還原過(guò)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材料的制備：以羧基化的聚苯乙烯（PS）為模板，ZIF-8為主體框架材料，磷鉬酸（ PMA）為客體功能分子，制成核殼結(jié)構(gòu)的PS/PMA@ZIF-8前驅(qū)體，前驅(qū)體再經(jīng)過(guò)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”為題發(fā)表在國(guó)際期刊Energy Storage Materials上。
