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可充電鎂電池（RMB）因其高容量、低還原電位而引起廣泛關注。然而，由于強靜電相互作用，RMB目前缺乏匹配的主體材料來填補正極的作用以改善Mg²⁺的緩慢動力學。將電活性材料整合到碳質物質中的分層納米復合材料對于解決后鋰離子時代電池中電極材料結構穩定性和導電性問題具有重要意義。

在此，西北工業大學禚司飛教授、沙特阿卜杜拉國王科技大學Husam N. Alshareef教授及王鵬教授等人開發出一種基于內部添加的骨架將摻雜Cu的 MoS₂（Cu-MoS₂）納米花瓣封裝在富含有機碳的H取代石墨二炔（HsGDY）納米管中的分層納米膠囊（Cu-MoS₂@HsGDY），并將其用作RMB正極材料。

值得注意的是，Cu在MoS₂中的摻入和內部自添加納米盒的產生都是從Cu-半胱氨酸@HsGDY混合納米線的雙模板發展而來的。該合成涉及CuS@HsGDY中間體的兩種形態/組成演變，兩者都在一個連續過程中順序發生。研究表明，這種納米膠囊結合了HsGDY（具有良好的離子擴散）和Cu-MoS₂（具有擴展的中間層和增強的電導率）的優點。

圖1. 中間體在連續過程中的形態/組成演變

此外，組織良好的中空納米盒提供了許多內部添加的骨架來適應Cu-MoS₂的體積變化。具有高度共軛電子結構的剛性HsGDY涂層進一步用作電子傳導通道，以提高其動力學活性和結構穩定性。當作為RMB正極材料進行評估時，它在50 mA g^-1下具有148.5 mAh g^-1的高可逆充電容量和出色的循環性能（200次循環后的容量保持率為104%）。

即使在0.5 A g^-1下，在300次循環后也可實現 85.5 mAh g^-1的高容量，這些結果表明該有機-無機納米復合材料在Mg²⁺存儲方面的優勢。總之，該研究報道的雙模板方法能夠設計具有組織良好的幾何形狀和精心設計功能的分層納米復合材料，以應對后鋰離子電池時代技術的持續挑戰。

圖2. 基于Cu-MoS₂@HsGDY正極的RMB性能

Hierarchical Nanocapsules of Cu-Doped MoS₂@H-Substituted Graphdiyne for Magnesium Storage, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c09405

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ACS Nano: 用于鎂存儲的分層納米膠囊正極

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