近日，我院黄绍专教授团队在金属硫族化合物新型结构的构筑及钾离子电池性能研究方面取得了新的研究进展，研究成果以“Promoting the Potassium Storage of 2D Layered Indium Sulfide Through Zinc Incorporation and MXene Coupling”为题发表于国际著名期刊《Advanced Functional Materials》。我院硕士研究生马浏原为论文第一作者，黄绍专教授、胡军平副教授为论文通讯作者，beat365英国正版为论文第一署名单位。
金属硫族化合物拥有高理论容量和卓越的电化学特性，引起了广泛的研究兴趣。然而此类材料在电化学反应中面临体积膨胀剧烈以及反应动力学迟缓等挑战。这些难题严重影响了电池的循环性能和快速充放电性能，限制了它们在钾离子电池领域的发展潜力和应用广度。
该工作提出了一种新型二维层状硫化铟（In1.95S3），并采用锌取代与MXene耦合的方法，旨在克服In1.95S3的导电性和循环稳定性差的问题。通过构建ZnIn2S4/MXene（ZIS/MXene）异质结构，以MXene片为基底，ZIS纳米片垂直生长，实现了钾离子（K+）的快速稳定传输和结构的完整性保持。水/甘油分子的插层以及ZIS与MXene之间的异质界面耦合显著增加了层间距，为K+扩散提供了更为高效的通道。实验结果和理论计算表明，锌的取代显著提高了In1.95S3的热稳定性，缩小了带隙，降低了K+的扩散阻力。这些改进使得ZIS/MXene负极展现出高可逆容量（0.1 A g-1时为424.5 mAh g-1）、卓越的倍率性能（5 A g-1时为185.2 mAh g-1）以及出色的循环稳定性（1 A g-1下1000次循环后容量保持率为84.8%）。原位和非原位表征结果揭示了ZIS/MXene负极遵循插层-转换-合金化反应机制，并伴随着从纳米片到纳米点的高度可逆形态转变。这项研究提出了一种新型的层状负极材料，该材料不仅增强了K+的扩散能力，还具有良好的结构稳定性，为开发高性能钾离子电池提供了一种有前景的解决方案。
黄绍专教授现为化学与材料科学硕士生导师，材料化学系主任，先进储能材料与器件团队负责人，湖北省百人计划获得者。研究方向是高性能锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等关键电极材料的设计、合成及储能机制研究。在Chemical Society Reviews，Science Advances，Advanced Materials等期刊发表学术论文130余篇，论文总引用次数9000余次，H因子56。主持及参与国家合作项目、国家自然科学基金等项目8项，目前任Journal of Energy and Sustainability，Batteries期刊编委，Chemical Synthesis青年编委。
文章信息：Liuyuan Ma#, Junping Hu*, Chengjiang Deng, Peng Mei, Xiaoyan Han, Haocun Ba, Zihao Li, Daohong Zhang, Shaozhuan Huang*. Promoting the Potassium Storage of 2D Layered Indium Sulfide Through Zinc Incorporation and MXene Coupling, 2024, 2418733, DOI: 10.1002/adfm.202418733.
文章链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202418733
作者：马浏原 责编：王立 审核：张道洪 发布：艾丽菲拉 发布时间：2024-11-27
