离子液体辅助水热合成1T-MoS2及其锌离子储存性能

doi:10.7503/cjcu20240145

摘要/Abstract

摘要：

采用离子液体辅助水热法, 在碳布(CC)上合成了具有扩大层间距的1T-MoS₂纳米片阵列, 对其结构形貌进行了表征, 并研究了其锌离子储存性能. 研究发现, 作为水系锌离子电池正极材料, 1T-MoS₂/CC在0.1 A/g电流密度下呈现出194.2 mA·h/g的放电比容量, 且在1 A/g大电流密度下经750次循环后, 仍可保持95.5%的容量保持率. 1T-MoS₂/CC具有优异的锌离子储存性能可归因于: 离子液体促进了1T相的形成, 纳米阵列中的 1T-MoS₂相含量约为78%, 而高浓度1T相使其具有良好的电荷转移速率; 离子液体插入1T-MoS₂层间使其层间距增至1.06 nm, 可降低水合锌离子嵌入过程的能垒; 碳布的三维结构可抑制MoS₂纳米片的聚集, 从而促进了1T-MoS₂/CC与电解液间的充分接触.

关键词: 二硫化钼, 1T相, 离子液体, 锌离子电池, 水热合成

Abstract:

A 1T-MoS₂ nanosheets array with expanded interlayer spacing was synthesized on carbon cloth（CC） using an ionic liquid-assisted hydrothermal method. As a positive electrode material for zinc ion batteries， 1T-MoS₂/CC exhibits a discharge specific capacity of 194.2 mA·h/g at 0.1 A/g current density， and can still maintain a capacity retention rate of 95.5% after 750 cycles at a high current density of 1 A/g. The excellent zinc ion storage capacity of 1T-MoS₂/CC can be attributed to：（1） ionic liquids promote the formation of 1T phase， with a 1T-MoS₂ phase content of about 78% in the nanoarray， and a high concentration of 1T phase content gives it a good charge transfer rate；（2） the insertion of ionic liquids between 1T-MoS₂ layers increases the interlayer spacing to 1.06 nm， which can reduce the energy barrier during the insertion process of hydrated zinc ions；（3） the three-dimensional structure of carbon cloth can inhibit the aggregation of MoS₂ nanopages and promote sufficient contact between 1T-MoS₂/CC and electrolyte.

Key words: MoS₂, 1T phase, Ionic liquid, Zinc ion battery, Hydrothermal synthesis

中图分类号:

O646

TrendMD:

王璐. 离子液体辅助水热合成1T-MoS₂及其锌离子储存性能. 高等学校化学学报, 2024, 45(9): 20240145.

WANG Lu. Ionic Liquid-assisted Hydrothermal Synthesis of 1T-MoS₂ and Its Zinc Ion Storage Performance. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(9): 20240145.

图/表 6

Fig.1 XRD patterns of 1T⁃MoS2/CC(a) and 2H⁃MoS2/CC(b)

Fig.2 Raman spectra of 1T⁃MoS2/CC and 2H⁃MoS2/CC(A), deconvoluted Mo(B) and S(C) XPS spectra of 1T⁃MoS2/CC and 2H⁃MoS2/CC, and deconvoluted F1s XPS spectrum of 1T⁃MoS2/CC(D)

Fig.3 XRD patterns(A) and the zoom⁃in view in the low⁃angle range of (A)(B) of the MoS2 sample prepared with [EMIM]SCN, [BMIM]SCN, [HMIM]SCN and [OMIM]SCN

Fig.4 SEM image(A), TEM(B) and HRTEM(C) images, FESEM(D) and EDS element mappings(E—G) of 1T⁃MoS2/CC（E） S；（F） Mo；（G） F.

Fig.5 CV curves of 1T⁃MoS2/CC measured at 0.1 mV/s(A), rate performance of 1T⁃MoS2/CC at 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 0.1 A/g current density(B), galvanostatic charge⁃discharge curves of 1T⁃MoS2/CC and 2H⁃MoS2/CC at the 0.1 A/g(C), cycle performance at 1.0 A/g(D) and 0.1 A/g(E) of 1T⁃MoS2/CC

Fig.6 Nyquist plots of 1T⁃MoS2/CC and 2H⁃MoS2/CC(inset: equivalent circuit)(A), CV curves of 1T⁃MoS2/CC measured at different scan rates(0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 mV/s)(B), correlation between the peak currents and scan rates of 1T⁃MoS2/CC(C), the contribution of capacitive current of 1T⁃MoS2/CC at 0.1 mV/s(D), the contribution of capacitive current of 1T⁃MoS2/CC at different scan rates(E), GITT analysis results for 1T⁃MoS2/CC, and GITT obtained Zn2+ diffusion coefficient at different states of charge/discharge(F)

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离子液体辅助水热合成1T-MoS₂及其锌离子储存性能

Ionic Liquid-assisted Hydrothermal Synthesis of 1T-MoS₂ and Its Zinc Ion Storage Performance

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