ZnO/ZnS@N-C/CNTs异质结构材料的构筑及储锂性能研究

来源：X一MOL资讯

近年来，新能源汽车、规模储能等产业的快速发展，对储能系统的能量密度、功率密度和循环寿命等都提出了更加严苛的要求，高性能电极材料的开发具有重要的现实意义。 
氧化锌、硫化锌作为储锂材料都具有较高的理论容量，但是它们都为半导体材料，自身导电性差，导致其倍率性能差；另外，循环过程中容易发生体积变化，导致循环性能差。为解决上述问题，江苏师范大学王庆红、王超团队将构筑异质结构和碳修饰的策略相结合，构筑了ZnO/ZnS@N-C/CNTs异质结构材料，并获得了良好的储锂性能。 
该团队首先采用MOFs辅助法在碳纳米管表面均匀生长了ZIF-8/ZnS纳米颗粒，然后经过高温固相处理得到ZnO/ZnS@N-C/CNTs异质结构材料。通过调控硫源的浓度实现对复合材料组分含量的调控。结构表征显示，尺寸约为10 nm的超细ZnO/ZnS纳米颗粒被N-C均匀地包裹起来，锚定在CNTs上。CNTs相互交叉形成三维结构，可为电极提供良好的导电网络；N-C包覆层有效地抑制了ZnO、ZnS在循环过程中产生的体积变化；第一性原理计算表明，ZnO/ZnS异质界面的形成提高了界面电子传输能力。基于以上优势，ZnO/ZnS@N-C/CNTs异质结构材料体现出良好的储锂性能。在100 mA g-1的电流密度下，经过200次循环后容量保持在1020.6 mAh g-1。在1000 mA g-1的电流密度下循环400次后，依旧可以保持386.6 mAh g-1的放电比容量。

这一成果近期发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 上，文章的第一作者是江苏师范大学的硕士研究生郭璨，江苏师范大学王超教授、王庆红副教授和澳大利亚伍伦贡大学张文超博士为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金支持。