广州大学王家海团队联合香港科技大学邵敏华团队在二维硫化物锂离子电池负极材料研究中取得进展

研究背景

金属相硫化钼（1TMoS2）由于其优异的物理和电化学性能，被认为是锂离子电池中最有前途的阳极材料之一。然而，苛刻的合成条件和低1T相纯度阻碍了1T MoS2的发展。

图一 . 高效合成的金属Mg-MoS2 具备优越的电化学性能.

为解决这些问题，王家海教授团队联合香港科技大学邵敏华教授合作，在此，设计了一种新的策略来构建通过镁插层实现的高1T相纯MoS2，Mg作为电子供体嵌入MoS2层中与S原子形成八面体配位，并确保高1T相纯度。镁的嵌入有助于锂的储存动力学。通过提高锂离子迁移和导电性，Mg插层MoS2作为阳极材料表现出优异的储锂性能。XRD、XPS和密度泛函理论（DFT）证明了插层Mg与MoS2层中相邻的硫原子形成八面体配位。Mg作为电子供体，确保了高1T相纯度，从而提高了MoS2阳极材料的电子传导率和结构稳定性。结果，Mg插层MoS2在3000次循环后在20A g-1下提供415.7mAh g-1的优异储锂容量和循环性能。原位XRD和XPS表明，Mg插层的1T MoS2在第一次循环后转移到非晶纳米颗粒，这有利于优异的锂储存稳定性。这种用于构建高相纯度1T MoS2的新颖而简单的策略解锁了1T MoS2中强大的锂存储能力，并启发了其在各种应用中的进一步应用。

王家海教授和邵敏华教授为共同通讯作者，在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“Unlocking Robust Lithium Storage Performance in High 1T-phase Purity MoS2 constructed by Mg Intercalation”的研究工作，陈辅周博士后第一作者，广州大学第一单位。

工作亮点

寻找高性能锂离子电池电极材料对开发高性能锂离子电池至关重要。金属相二硫化钼（1T MoS2）具有优异的物理和电化学性能，被认为是锂离子电池最有前途的电极材料之一。然而，苛刻的合成条件和较低的1T相纯度阻碍了1T MoS2的发展。因此，开发一种安全高效1T MoS2的合成方法成为研究重点。通过诱发相变可以增强MoS2的电化学性能，提高MoS2的电导率。然而，1T相的亚稳性质使其难以制备，因此寻找新的合成方法已成为开发1T MoS2的一个重要因素。许多实验证明使用碱金属和过渡金属插层进入MoS2层间可以引发1T相相变。插层原子作为电子供体稳定1T相并增大MoS2的层间距，有利于锂离子在MoS2层间快速传输。然而传统的合成插层1T相MoS2方法，如熔融碱金属插层和剥离法，需要在苛刻的反应条件下进行。这些实验条件使得合成过程十分危险，不利于1T MoS2的进一步开发和利用。

该工作利用镁钼多氧酸盐作为前驱体，通过一步水热反应制备出镁插层1T相MoS2材料。利用镁钼多氧酸盐本身固有的结构，使得镁原子均匀插层进入MoS2材料层间。镁原子作为电子供体增强了1T MoS2的稳定性，从而提高了1T相在整体MoS2中的比例，增强了MoS2的电学性能和储锂性能。结合材料结构表征和第一性原理计算进一步表明，在MoS2层间的镁原子同周围的硫原子形成八面体配位结构，镁原子作为电子供体保证了1T相MoS2的稳定，同时降低了材料整体的离子迁移势垒，加快材料表面的储锂动力学过程。

图二（左），结构表征Mg-MoS2-3. (a) 扫描电镜图 (b) 透射电镜图 (c,d) 高分辨透射电镜图 (e) 元素分布图 (f) XRD图谱 (g) 拉曼光谱 (h) 镁1s XPS 图谱 (i) 镁2p XPS 图谱

图二（右），理论计算和模拟结构 (a) 2H MoS2 结构模拟. (b) Mg插层MoS2八面体配位结构 (c) Mg插层MoS2三棱柱配位结构 (d) 2H MoS2 与 (e) Mg插层MoS2 DOS 图谱 (f) 锂离子扩散势垒 (g,h) Mg 插层MoS2差分电荷密度图

文章链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522009715?dgcid=coauthor