摘要
锂资源储量低和地区分布不均等问题导致以锂离子电池为代表的锂基储能器件价格越来越高，迫使研究者寻找锂基储能器件的替代或补充体系。钾与锂同一主族，储量丰富价格低廉，与铝箔不会生成合金化合物，同时K+/K的氧化还原电位与Li+/Li接近，因而钾基储能体系引起人们的广泛关注。二硫化钼(MoS2)理论储钾比容量高(约670mAh g-1)，层间距大(0.62nm)，有望作为优良的储钾负极材料。但MoS2导电性不高，层间的扩散势垒高，电化学反应动力学缓慢，且在充放电过程中结构变化剧烈，以上导致MoS2基储钾负极的倍率性能和循环稳定性仍有待提高。针对上述问题，本论文通过缺陷工程(元素掺杂、空位制造)对MoS的本征结构进行调控，以实现高效储钾。具体如下： 1.P-掺杂MoS2储钾负极材料的制备与性能：以静电纺丝碳纳米纤维作为生长基底，结合水热法和低温磷化法在碳纤维上生长了P掺杂的MoS2(P-MoS2@CNFs)。作为生长模板的碳纤维实现了MoS2纳米片的均匀生长，低温磷化法实现了对MoS2的p-型掺杂。结果表明，P掺杂有效调控MoS2的能带结构，提高了其电导率，进而显著提升了储钾的反应动力学。作为储钾负极，该材料在0.05Ag-1电流密度时可以提供384mAh g-1的可逆容量，电流密度增加到10A g-1可逆容量仍有147.6mAh g-1。通过原位XRD和非原位XPS测试证实P-掺杂MoS2的储钾经历了插层和转化两个过程。最后，通过碳包覆进一步提升了P掺杂MoS2的循环稳定性，所得样品C-P-MoS2@CNFs在钾离子混合电容器中展示出优异的倍率性能和极高的能量密度。 2.S-空位缺陷MoS2储钾负极材料的制备与性能：利用H2/Ar混合气的刻蚀作用在碳纤维负载的MoS2纳米片(MoS2@CNFs)表面制造硫空位缺陷。通过拉曼光谱和X射线光电子谱测试证明了硫空位缺陷的存在。与原始MoS2@CNFs相比，富含硫空位缺陷的MoS2@CNFs展现出更高的储钾容量、倍率性能和循环稳定性，在0.05A g-1的电流密度下的可逆容量为355.0mAh g-1；在5A g-1的电流密度下，可逆容量为222.7mAh g-1；0.1Ag-1的电流密度下循环测试120次后容量仍有362.0mAh g-1且容量保持率约为99.9%。优异的储钾性能得益于表面硫空位缺陷提供了钾离子的活性位点，增加了钾离子的扩散通道，使得钾离子不仅可以通过面内扩散，还可以通过空位实现层间扩散，加快了反应动力学，提升了储钾性能。
NETL