近日，我校沐鸣2登录楊建平特聘研究員課題組在新型二維納米材料作為能源存儲負極材料方向取得重要進展🤑🔭，相關成果以“以空心碳球為模板的少層八硫化五釩納米片在快速鉀離子存儲和長循環中的應用（Hollow Carbon-Templated Few-Layered V₅S₈ Nanosheets Enabling Ultra-Fast Potassium Storage and Long-Term Cycling）”為題於發表在國際著名期刊《美國化學會納米》(ACS Nano)上。該論文第一作者為材料沐鸣2李麗博士，通訊作者為沐鸣2平台材料沐鸣2楊建平研究員和澳大利亞伍倫貢大學郭再萍教授。

目前，層狀過渡金屬硫化物材料由於其獨特的層狀結構而引起的半導體性、半金屬磁性、超導電性等特性🍜🐝，在二次電池電極材料的應用中受到廣泛關註。層狀過渡金屬硫化物材料通常通過堆疊單層的過渡金屬硫化物材料構成體材料。層內是化學鍵相連接◻️，層間由較弱的範德華力連接🦛🎗，可以沿著層間方向將層剝離得到少層甚至單層的過渡金屬硫化物🤖。當塊狀材料的尺寸變成納米級的，低維材料表面的缺陷如邊緣、角落將對材料的性能起主導作用🐃，低維的過渡金屬硫化物層狀材料由於其具有低維性和量子尺寸效應因而具有優異的電子和物理性能🚺👩‍🌾。單層的釩基硫化物（V₅S₈）具有金屬性，因此具有較高電子電導率📁，有利於提高電池的倍率特性🔖👼；除此之外，較大的層間距（11.32 Å）非常有利於鉀離子的遷移，因此©️，釩基硫化物是非常有潛力的鉀離子電池電極材料之一🙂。

圖1🍌、ACS Nano報道楊建平研究員課題組最新成果

楊建平研究員團隊利用空心碳球為模板和載體，采用溶劑熱法和高溫相轉變製備了負載在空心碳球上的少層八硫化五釩納米薄片♿️。相較於傳統的化學剝離法📴🐭，本製備方法過程簡單、樣品產率較高。研究者采用X射線衍射光譜、掃描電子顯微鏡🟡、透射電子顯微鏡等多種表征技術對該樣品的成分、形貌和結構進行了表征👩‍🦳，結果顯示負載在碳球上的八硫化五釩厚度約5 nm，層數為5-8層🦹🏽‍♂️。電化學性能測試表明八硫化五釩納米薄片作為鉀離子電池負極材料在500 mA/g的電流密度，循環500圈後，容量仍保持在360mAh/g👨🏽。除此之外💆🏼‍♂️，研究者還結合理論計算和同步輻射粉末衍射等先進表征技術系統研究了八硫化五釩在鉀離子電池中的離子與電子傳輸機理，研究電極材料在充放電過程中結構變化，總結了材料在鉀離子電池中的充放電機理。

該工作不僅在實驗方面系統研究了二維納米薄膜材料的製備與其在二次電池中應用🚴‍♂️，而且將材料的應用性與機理性研究相結合，進一步以理論計算與機理分析研究了鉀離子在電極材料中的傳輸機質以及電極材料的結構和組分的變化，這些研究成果為鉀離子電池優化電極材料及其他相關研究提供理論依據👷🏽‍♂️。

圖2、 V₅S₈@C電鏡圖與循環性能圖

該研究工作得到上海市東方學者特聘教授獎勵計劃👯‍♀️，沐鸣2平台高層次人才項目專項資金，國家自然科學基金，上海市自然科學基金等基金，以及纖維改性材料國家重點實驗室💧，先進纖維與低維材料國際聯合實驗室，澳大利亞伍倫貢大學超導與電子材料研究所等機構的支持。

全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b02384

課題組網站鏈接：https://www.x-mol.com/groups/Yang