钠离子电池由于资源丰富、价格低廉等特点，成为储能领域的研究热点。探索合适的储钠正负极材料成为研究钠离子电池的关键。金属硫化物由于具有较高的储钠容量和良好的电化学反应可逆性，得到研究者的广泛关注。其中，混合金属硫化物由于各组分间的协同作用，表现出高效的储钠性能。另外，复杂空心纳米结构由于具有较大的比表面积、较多的活性位点和短程的离子、电子传导路径，可以有效地提高金属硫化物的电化学性能。探索合适的复杂中空结构以获得优化的储钠性能显得尤为重要。

近日，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授（点击查看介绍）课题组以MOFs为模板，通过连续的离子交换反应法合成了一种新颖的铜取代的CoS₂@Cu_xS（标记为Cu-CoS₂@Cu_xS）双层空心结构。在构筑的多级空心结构中，纳米的壳层结构可以有效缩短电子和离子的传输距离；铜取代可以提高电极的导电性；混合金属硫化物的协同作用可以有效提高材料的容量和结构稳定性。Cu-CoS₂@Cu_xS作为负极材料，在钠离子电池中表现出优异的性能。Cu-CoS₂@Cu_xS材料具有535 mAh/g的可逆比容量；在5 A/g的电流密度下具有333 mAh/g的可逆比容量，表现出较好的倍率性能；在0.3 A/g的电流密度下循环300周具有76%的容量保持率，表现出优异的循环稳定性。这一研究成果提供了一种制备高性能分级结构的混合金属硫化物负极材料的新策略，为钠离子电池的发展和应用，以及分级结构材料的合成提供新的思路和方向。

图1. Cu-CoS₂@Cu_xS双层空心结构的合成过程示意图。

图2. 扫描和透射电镜表征：（a, d）ZIF-67立方块，（b, e）ZIF-67@ZIF-8多面体，（c, f）CoS₂@ZnS双层空心结构。

图3. Cu-CoS₂@Cu_xS双层空心结构的形貌和组成表征。

图4. Cu-CoS₂@Cu_xS双层空心结构的储钠性能研究。

图5. Cu-CoS₂@Cu_xS双层空心结构的电化学反应机理分析。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，第一作者是新加坡南洋理工大学方永进博士，通讯作者是楼雄文教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Synthesis of Cu-Substituted CoS₂@Cu_xS Double-Shelled Nanoboxes via Sequential Ion-Exchange for Efficient Sodium Storage

Yongjin Fang, Deyan Luan, Ye Chen, Shuyan Gao, Xiong Wen (David) Lou*

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI:10.1002/anie.201912924

导师介绍

楼雄文

http://www.x-mol.com/university/faculty/35053

课题组主页

http://www.ntu.edu.sg/home/xwlou/