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Chem. Asian J. :TEMPO氧化納米纖維素輔助剝離MoS2/石墨烯制備柔性紙電極2022-07-19
二硫化鉬(MoS2)是典型的二維過渡金屬材料,其層狀結構能夠為鋰離子提供存儲空間,是一種理想的鋰離子電池電極材料。然而,由于塊狀MoS2的低電導性以及層狀空間難以有效利用等原因,阻礙了其應用和發展。已有報道表明,MoS2的電子導電性與其厚度有關,制備少層或單層的MoS2納米片能夠顯著提高其導電性,與導電碳材料復合也有助于提高其電荷存儲能力。然而,此類方法普遍存在制備工藝復雜,對設備要求高,產率低、成本高等問題,尋找溫和簡易、環境友好、易于產業化的方法仍然是研究的挑戰。

近日,上海大學馮欣團隊在前期納米纖維素研究的基礎上,采用TEMPO氧化的納米纖維素(ONFC)作為一種有效的分散劑,液相超聲法剝離MoS2和石墨烯的混合物,獲得了少層或單層的MoS2納米片和石墨烯的混合分散液。進而,與碳納米管(CNTs)復合構筑一維/二維互穿異質體的導電網絡結構,經過脫水之后獲得獨立自支撐的柔性MoS2/石墨烯/ONFC/CNTs(MGOC)復合膜,直接作為鋰離子電池陽極,無需使用任何有機氟基粘合劑和傳統的銅/鋁集流體。該方法綠色環保,條件溫和,所獲得的柔性紙電極可為下一代柔性可穿戴電子設備提供能量存儲。

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ONFC輔助剝離MoS2/石墨烯,柔性MGOC復合紙電極的組裝過程示意圖

ONFC表面帶有豐富的負電荷,可以很容易地吸附在MoS2納米片的表面和層間,利用靜電排斥和空間位阻作用阻礙剝離的納米片的進一步堆積團聚,提高剝離效率。在柔性紙電極中,ONFC形成交織網絡結構,可以有效抵抗大變形引起的內應力,賦予紙電極優異的機械柔韌性。導電的CNTs/石墨烯網絡作為體積集流體,提高了紙電極的導電性;紙電極的層狀多孔結構可以增大與電解液的接觸面積,縮短鋰離子遷移路徑,緩沖反復充放電過程中MoS2的體積改變,從而有效地提高紙電極的循環穩定性和倍率性能。

文信息

TEMPO-Oxidized Nanofibrillated Cellulose Assisted Exfoliation of MoS2/Graphene Composites for Flexible Paper-Anodes

Shaomei Cao, Panpan Liu, Miao Miao, Jianhui Fang, Xin Feng

Chemistry – An Asian Journal

DOI:?10.1002/asia.202200257

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