近日，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）與沙特阿美石油公司（Aramco）的研究者共同開發(fā)了一種高度有序的無機(jī)泡沫——3D分層多孔二硫化鉬泡沫（MoS2）。該泡沫因具有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)（七個(gè)數(shù)量級(jí)結(jié)構(gòu)層次）和優(yōu)異的電化學(xué)性能，而適合制作高性能的鋰電池負(fù)極材料，能輕松且快速地嵌入和脫出鋰離子。
多孔二硫化鉬泡沫示意圖，圖源：KAUST
二硫化鉬是一種典型的低維度過渡金屬硫化物半導(dǎo)體材料，具有較高的理論比容量（~670mAh/g）和較短的離子運(yùn)輸距離，所以被視為富有前景的鋰離子電池負(fù)極材料。然而，MoS2由于層狀結(jié)構(gòu)堆疊且易碎即層與層之間會(huì)滑動(dòng)，而導(dǎo)致電化學(xué)穩(wěn)定性不佳，再加上實(shí)際應(yīng)用中材料體積效應(yīng)大和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)緩慢，更是限制MoS2在鋰電池中的應(yīng)用。
二硫化鉬圖片
有鑒于此，KAUST和Aramco的研究者就將二維MoS2納米片轉(zhuǎn)化為有組織的、穩(wěn)定的三維MoS2泡沫，以用于鋰離子電池負(fù)極材料。研究表明，3D MoS2泡沫負(fù)極材料能夠提供超出預(yù)期的鋰離子電荷存儲(chǔ)容量，優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)水平的分層黑磷(BP)、硅-石墨烯、硅@C、硅(Si)和中孔石墨烯顆粒負(fù)極；3D MoS2泡沫有望用于高功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命相結(jié)合的應(yīng)用前景；3D MoS2泡沫的優(yōu)異倍率性能，使其成為鋰離子混合電容器的理想候選材料，有望提供比鋰離子電池更高的功率密度和比超級(jí)電容器更高的能量密度。
MoS2泡沫具有高度有序的層次結(jié)構(gòu)，無論是從納米結(jié)構(gòu)元素還是從可視化特征的角度來看，都對(duì)實(shí)現(xiàn)高倍率性能鋰電負(fù)極材料非常關(guān)鍵，能反復(fù)承受膨脹和收縮。
