成果简介

钠离子电池因资源丰富、成本低廉，在大规模储能领域极具应用前景，但负极侧储钠动力学慢、循环稳定性不足仍是限制其发展的关键难题。本文，西北工业大学艾伟教授团队在《Chemistry – A European Journal》期刊发表题为“Interfacial Electric?Field Nanoarchitectonics of a 3D FeS?/SnS?/rGO Heterostructure for Fast Sodium Storage”的论文，提出一种经过设计的FeS2/SnS2/rGO复合材料，其具有三维分级异质结构。在此结构中，SnS?纳米片均匀锚定在还原氧化石墨烯骨架上，而FeS?纳米颗粒则均匀分散于整个支架中，形成了相互连接的电子通道并赋予了结构稳健性。

更重要的是，丰富的FeS?-SnS?异质界面诱导了内建电场，该电场可调控电荷重新分布并加速界面反应动力学，从而促进了以表面为主导的伪电容行为和快速的钠离子扩散。因此，FeS?/SnS?/rGO电极在0.1 A g?1电流密度下展现出618 mAh g?1的高可逆容量，在5 A g?1电流密度下仍保持500 mAh g?1的容量，并具有出色的循环稳定性（在2 A g?1电流密度下循环400次后，容量为536 mAh g?1，保持率达99.5%）。此外，与NaNi?/?Fe?/?Mn?/?O?配对的整电池表现出良好的倍率性能和长期稳定性。本研究证明，异质界面诱导的电场调控是加速转化型负极反应动力学的一种有效策略。

图文导读

图1、(a) Schematic of the preparation of FeS2/SnS2/rGO. (b) XRD patterns and (c) Raman spectra of FeS2/SnS2/rGO, SnS2/rGO, and FeS2/rGO composites. (d) SEM, (e) TEM, (f) HRTEM, and (g) SAED pattern images of FeS2/SnS2/rGO.

图2.(a) High-resolution Fe 2p XPS spectra of FeS2/SnS2/rGO and FeS2/rGO. (b) High-resolution Sn 3d XPS spectra of FeS2/SnS2/rGO and SnS2/rGO. High-resolution (c) S 2p and (d) C 1s XPS spectra of FeS2/SnS2/rGO. (e) TGA and (f) nitrogen adsorption-desorption curves of FeS2/SnS2/rGO.

图3. (a) Rate performance of FeS2/SnS2/rGO, SnS2/rGO and FeS2/rGO. (b) Rate performance comparison of FeS2/SnS2/rGO with the reported sulfide anodes. (c) Cycling performance of FeS2/SnS2/rGO at 2 A g?1. (d) Long-term cycling performance of FeS2/SnS2/rGO, SnS2/rGO, and FeS2/rGO at 0.2 A g?1. (e) Capacity retention rates of FeS2/SnS2/rGO, SnS2/rGO, and FeS2/rGO after 200 cycles at 0.2 A g?1. CV curves of (f) FeS2/SnS2/rGO, (g) SnS2/rGO, and (h) FeS2/rGO at 0.1 mV s?1.

图4、(a) CV curves of FeS2/SnS2/rGO under varying scanning rates, and the corresponding linear fitting of the (b) anodic and (c) cathodic peaks using log i and log v. (d) Nyquist plots of FeS2/SnS2/rGO, SnS2/rGO and FeS2/rGO. (e) Relationship between Z' and ω?1/2. (f) Nyquist plots of FeS2/SnS2/rGO at different cycles. (g) GITT curves, and DNa during (h) charge and (i) discharge processes of FeS2/SnS2/rGO, SnS2/rGO and FeS2/rGO.

图5.Electrochemical performance of the FeS2/SnS2/rGO||NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 full cells: GCD curves of the (a) half and (b) full cells at 0.1 A g?1. (c) Rate performance under varying current densities. Cycling performance at (d) 0.1 A g?1 and (e) 2 A g?1.

小结

综上所述，针对硫离子电池（SIBs），合理构建了一种具有三维分级异质结构的FeS?/SnS?/rGO复合负极。在此结构中，锑硫化物（SnS?）纳米片锚定在导电的rGO骨架上，形成相互连接的网络；而硫化铁（FeS?）纳米颗粒则均匀分散于整个支架中，从而实现了连续的电子传输，并具备抵御体积变化的结构稳健性。更重要的是，丰富的FeS?-SnS?异质界面诱导出内建电场，该电场可调控电荷重新分布并加速界面反应动力学。这种由异质界面驱动的电子调制，结合分级多孔结构，促进了快速的离子扩散，并在长期循环过程中稳定了电极结构。因此，FeS?/SnS?/rGO电极在0.1 A g?1电流密度下展现出618 mAh g?1的高可逆容量，在5 A g?1电流密度下仍能保持500 mAh g?1的容量，并具有良好的循环稳定性（在2 A g?1电流密度下循环400次后，容量为536 mAh g?1，保持率达99.5%）。本研究证明，异质界面诱导的电场调控为加速SIB负极的反应动力学提供了一条有效途径，为设计用于快速钠存储的先进电极提供了一种可推广的策略。

文献：

https://doi.org/10.1002/chem.71553

信息来源：材料分析与应用1

2026中国国际石墨烯创新大会

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