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三單位聯合?Adv. Sci.：中空碳和 MXene 雙增強 MoS2用于大倍率和高容量儲鈉系統

鈉離子電池（SIB）和鈉離子電容器（SIC）是經濟高效的大規模儲能裝置的理想候選者。然而，傳統負極材料的低速動力學和低容量阻礙了它們的實際應用。

在此，澳大利亞格里菲斯大學張雷，重慶大學張斌偉，江蘇師范大學王迎等人介紹了一種新穎的設計，其特點是層擴展的 MoS₂ 通過中空的 N、P-摻雜碳作為內支撐體和表面基團豐富的 MXene 作為外支撐體進行雙重加固，從而形成交聯的復合材料（NPC@MoS2/MXene）。

其中，中空的 N、P-摻雜碳可有效防止 MoS₂ 層的聚集，并縮短電解質與電極之間的距離。導電的 MXene 外表面包裹著內部的 NPC@MoS₂ 單元，形成了相互連接的通道，實現了高效的電荷轉移和擴散，確保了快速的動力學和更高的電極利用率。當電流密度從 100 mA g^-1增加到 5000 mA g^-1 時，它對 SIB 的可逆容量高達 453 mAh g^-1，具有顯著的循環穩定性和優異的倍率性能，容量保持率為 54%。

結合活性碳（AC），NPC@MoS₂/MXene//AC SIC 在 254 W kg^-1 的條件下實現了 136 Wh kg^-1 的高能量密度，在 27 Wh g^-1 的條件下實現了 5940 W kg^-1 的高功率密度，并保持了出色的穩定性。

圖1. NPC@MoS₂/MXene、NPC@MoS₂ 和 MoS₂/MXene 的 Na 存儲機制

總之，該工作所制備的 NPC@MoS₂/MXene 復合材料具有以下優點：首先，該材料擴大了 MoS₂ 片的層間距離，在硫化過程中，無定形碳層可以原位插層到 MoS₂中。這種插層為 Na 的快速擴散提供了足夠的通道。其次，為保護 MoS₂ 層在循環過程中不被降解，使用了中空的 NPC 多面體作為內部基質來錨定 MoS₂ 片，從而形成了 NPC@MoS₂ 單元。最后，NPC@MoS₂ 單元被MXene 進一步封裝，從而引入了交聯的高導電通道。分析表明，NPC@MoS² 和 MXene 之間具有協同耦合效應，可產生強大的電子相互作用，確保目標電極的完整性。

此外，由于結構設計合理，NPC@MoS₂/MXene 復合材料在氧化還原反應中表現出良好的電容行為和優異的電化學可逆性。因此，制備的 NPC@MoS₂/MXene 復合材料在 SIB 和 SIC 方面都表現出了優異的電化學性能。

圖2. 組裝的 NPC@MoS₂/MXene//AC SIC 的電化學性能分析

Hollow Carbon and MXene Dual-Reinforced MoS2 with Enlarged Interlayers for High-Rate and High-Capacity Sodium Storage Systems, Advanced Science 2024 DOI: 10.1002/advs.202400364

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