3D-CoMoSe4-Nanoblatt-Arrays, die direkt aus hydrothermal verarbeiteten CoMoO4-Nanoblatt-Arrays durch einen plasmaunterstützten Selenisierungsprozess umgewandelt werden, um ein hervorragendes Anodenmaterial in einer Natrium-Ionen-Batterie zu erhalten

Hintergrund

Wiederaufladbare Natrium-Ionen-Batterien (SIBs), die von den Vorteilen niedriger Kosten und relativ hoher Sicherheit profitieren, wurden als vielversprechende alternative Batteriesysteme zu kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) angesehen und erhielten in den letzten Jahrzehnten enorme Aufmerksamkeit [1,2 ,3,4,5]. Der größere Ionenradius und die höhere Molmasse von Natriumionen im Vergleich zu Lithiumionen führen jedoch zu einer trägen elektrochemischen Reaktion für die Natriumionendiffusion, was folglich zu unbefriedigenden elektrochemischen Leistungen mit weniger Optionen auf geeigneten Elektrodenmaterialien führt als die in LIBs [6,7,8]. Daher ist es sehr wichtig, geeignete Anodenmaterialien für SIBs zu erforschen oder zu entwickeln.

Metallsulfide/Selenide (MXs) haben sich aufgrund ihrer einzigartigen Kristallstrukturen und unterschiedlichen Materialeigenschaften als sehr beliebtes Elektrodenmaterial in SIBs erwiesen [9,10,11,12,13,14,15]. Nichtsdestotrotz ist die große Volumenänderung in MXs während ionischer Extraktions- und Insertionsprozesse, die im Allgemeinen zu struktureller Degradation und Instabilität der Festelektrolytzwischenphase führt, immer noch ein ernstes Problem. Daher sind noch weitere Strategien erforderlich, um die Materialstrukturen für praktische Anwendungen aufzunehmen bzw. zu puffern [16, 17]. In letzter Zeit werden bimetallische Sulfide/Selenide, z. B. NiCo₂ S₄ , Co₂ Mo₃ Se und CoMoS [18,19,20] wurden aufgrund ihrer höheren elektrochemischen Aktivitäten und Kapazitäten als Monometallsulfide/Selenide, z. B. MoS₂ , CoSe₂ , NiSe₂ , und FeSe₂ [21,22,23,24,25,26,27]. Auf dem Gebiet der SIBs gibt es jedoch aufgrund der Herausforderung bei der Materialsynthese nur wenige Berichte über die Anwendung von bimetallischen Seleniden. Bis heute wurden einige Synthesemethoden und Anwendungen von bimetallischen Seleniden in SIBs durchgeführt [28,29,30]. Unter diesen sind Co und Mo als Übergangsmetallelemente mit reichlich vorhandenen Ressourcen und hohen chemischen Redoxvalenzen [31,32,33,34,35] vielversprechende Komponenten als Anodenmaterialien. Darüber hinaus ist Kohlenstoffgewebe mit stark strukturierter Oberfläche und guter elektrischer Leitfähigkeit ein gutes Substrat für Elektrodenmaterialien, das einen schnellen Elektronentransport ermöglichen und große Elektroden-Elektrolyt-Kontaktflächen erzeugen kann [37, 38].

In diesem Zusammenhang haben wir 3D-vernetztes CoMoSe₄ . demonstriert Nanosheet-Arrays auf Netzwerkfasern des Carbongewebes (CoMoSe₄ @C) durch direkte chemische Umwandlung durch die plasmaunterstützte Selenisierung von CoMoO₄ Nanoblatt-Arrays, hergestellt durch den Hydrothermalprozess auf Netzwerkfasern des Kohlenstoffgewebes (CoMoO₄ @C) zum ersten Mal als Anode in SIBs. Interessanterweise kann mit Hilfe eines plasmaunterstützten Prozesses beim Selenisierungsprozess die Umwandlung von O-Atomen in Se bei einer niedrigen Temperatur von 450°C ohne jegliche Morphologieänderung erreicht werden. Die CoMoSe₄ @C zeigt eine bessere Natriumspeicherleistung als das unselenisierte CoMoO₄ @C. Mit synergetischen Effekten beider Übergangsmetallspezies, einer hoch reversiblen Kapazität von 475 mA h g ⁻¹ bei 0,1 A g ⁻¹ und eine hohe Kapazitätserhaltung von über 80% selbst nach 50  Zyklen bei 0,5 A g ⁻¹ wurden mit dem CoMoSe₄ durchgeführt @C-Komposit als Elektrode in SIBs. Darüber hinaus kann diese Verbundelektrode hervorragende Leistungsfähigkeiten liefern, wobei sich die Entladungskapazitäten von 475 auf 230 mA h g ⁻¹ . ändern da Stromdichten im Bereich von 0,1 bis 5 A g ⁻¹ . schrittweise hinzugefügt wurden , das eine gute Natriumspeichereigenschaft aufweist. Diese Arbeit entwickelte einen neuen Syntheseweg für bimetallische Selenide, der in anderen verwandten Materialien für die Natriumenergiespeicherung oder andere Anwendungen verwendet werden kann [39,40,41,42,43].

Experimenteller Abschnitt

Synthese von CoMoO₄ Nanoblatt-Arrays nach dem Hydrothermalprozess

Erstens 0,4234 g Na₂ MoO₄ ·2H₂ O (Reinheit ≥ 99%, Sigma-Aldrich), 0,5093 g Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O (Reinheit ≥ 98 %, Alfa Aesar), 0,074 g NH₄ F (Reinheit ≥ 98%, Alfa Aesar) und 0,49 g CO(NH₂ )₂ (Reinheit 99,5 %, Echo Chemical Co., Ltd.) wurden unter konstantem intensivem Rühren zu 35 ml destilliertem (DI) Wasser gegeben. Dann wurde die Mischung in den mit Teflon ausgekleideten rostfreien Autoklaven überführt, der ein Stück Kohlenstoffgewebe (CC) (CeTech Co., Ltd., Taiwan) enthielt, gefolgt von Erhitzen auf 180 °C für 12 h in einem Ofen. Nach dem hydrothermalen Wachstum wurde die so synthetisierte Probe entnommen und sorgfältig gereinigt, gefolgt von einer Vakuumtrocknung bei 60 °C für 12 Stunden. Schließlich wurde die so synthetisierte Probe in reinem Argon bei 300 °C für 2 Stunden getempert, um das mit CoMoO₄ . beschichtete CC zu erhalten Nanoblatt-Arrays.

Direkte Konvertierung von CoMoSe₄ Nanoblatt-Arrays durch Plasma-unterstützter Selenisierungsprozess

Das plasmaunterstützte Selenisierungssystem (Syskey Technology Ltd.) wurde verwendet, um das so hergestellte CoMoO₄ . zu selenisieren Nanoblatt-Arrays. Die Selenheizung oben an der Maschine ist vom unteren Probenhalter getrennt, um die Temperatur der Se-Quelle bzw. des Substrats unabhängig zu regeln. Im Syntheseprozess wurden die Selenpartikel zunächst auf die Selen(Se)-Heizung gegeben und auf 300 °C erhitzt, um Se-Dämpfe zu erzeugen. Gleichzeitig wurde das verdampfte Se-Gas durch einen vertikalen Strom eines gemischten Trägergases, das N2&sub2; enthielt, auf das Substrat geleitet /H₂ Gas (N₂ :H₂ =40:80) bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit, um die Se-Menge im Dampf aufrechtzuerhalten. Anschließend wurde das zuvor auf dem Probenhalter platzierte Substrat auf die Reaktionstemperatur von 450°C erhitzt. Sobald die Substrattemperatur stabil war, wurde das Plasma bei 250 W gestartet, um Se-Dämpfe zu Se-Radikalen zu ionisieren, um die chemische Reaktion zu fördern.

Charakterisierung

Morphologien von wie produzierten Materialien wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) (Hitachi UHR FE-SEM SU8010) charakterisiert. Weitere Beobachtungen der Strukturunterschiede vor und nach der plasmaunterstützten Selenisierung wurden mit einem hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop (HRTEM) (JEOL, JEM-F200 CFEGTEM, 200 kV) untersucht. Die Elementaranalysen wurden durch Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) über HRTEM (JEOL, JEM-F200) durchgeführt. Die Bildung von CoMoSe₄ @C wurde durch Raman-Spektroskopie (HORIBA, LabRAM, HR800) mit grüner Laseranregung (532 nm) untersucht. Die Kristallstrukturen von CoMoO₄ und CoMoSe₄ wurden dann durch Röntgenbeugung (XRD) (Ultima IV, Rigaku) ​​charakterisiert. Die chemische Bindung und das Tiefenprofil der Materialien wurden durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS, ULVAC-PHI 1600) bestimmt. Elektrochemische Prüfung des präparierten CoMoSe₄ @C wurde mit einer CR2032-Knopfzelle durchgeführt, bestehend aus einem CoMoSe₄ @C-Elektrode und eine Natriummetallkathode, die durch Glasfasern getrennt sind. CoMoSe₄ @C wurde direkt als Anodenelektrode verwendet, und das entsprechende Gewicht wurde berechnet, indem das Gewicht des Kohlenstoffgewebes vom CoMoSe₄ . abgezogen wurde @C zusammengesetzt. Der Elektrolyt ist 1 M Natriumtrifluormethansulfonat (NaCF₃ SO₃ ) gelöst in Diethylenglykoldimethylether (DEGDME). Um die elektrochemische Leistung der zusammengebauten Elektroden zu untersuchen, wurde Cyclovoltammetrie (CV) in 0.5–3 V Potentialbereichen bei 0.1 mV s ⁻¹ . durchgeführt auf einem Bio-Logic VSP Potentiostat, und die elektrochemische Impedanz wurde mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) über den Frequenzbereich von 0,01 Hz–100 kHz durchgeführt. Lade-/Entlademessungen wurden unter 0,5–3 V mit einem Landbatterie-Messsystem bei Raumtemperatur durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Die Synthese von 3D-CoMoSe₄ Nanoblatt-Arrays, die direkt aus hydrothermal verarbeitetem CoMoO₄ umgewandelt wurden durch den plasmaunterstützten Selenisierungsprozess ist in Schema 1 schematisch dargestellt Nanoblätter wurden auf Netzwerkfasern eines Kohlenstoffgewebes durch einen hydrothermalen Prozess gezüchtet, wie in Schema 1a₁ . gezeigt , gefolgt von der plasmaunterstützten Selenisierung, wie in Schema 1a₂ . gezeigt , CoMoO₄ @C direkt umgewandelt in CoMoSe₄ Nanoblätter. Es kann gezeigt werden, dass die O-Atome nach dem plasmaunterstützten Selenisierungsprozess nahezu durch Se-Atome ersetzt wurden (Zusatzdatei 1:Abbildung S1). Detaillierte Schritte von CoMoSe₄ Im experimentellen Teil wurden Nanoblätter genannt, die direkt durch den plasmaunterstützten Selenisierungsprozess umgewandelt wurden. Abbildung 1a zeigt ein REM-Bild von Fasern aus einem Kohlenstoffgewebe, wobei der Einsatz ein REM mit geringer Vergrößerung zeigt. Nach einem hydrothermalen Prozess wird CoMoO₄ Nanoblatt-Arrays mit einer gut etablierten Texturstruktur wurden erfolgreich auf den Fasern des als CoMoO₄ bezeichneten Kohlenstoffgewebes gezüchtet @C wie in Abb. 1b gezeigt. Abbildung 1 c zeigt ein vergrößertes SEM-Bild aus Abbildung 1b, in dem die Nanoblatt-Anordnungen mit einem einheitlichen Durchmesser von ungefähr ~ 13 μm, bestehend aus hochdichten 3D-Nanoblättern (Abb. 1d) mit vernetzter Morphologie, deutlich zu erkennen sind. Nach der plasmaunterstützten Selenisierung unter einer Leistung von 250 W bei 450 °C für 1 h verbleiben immer noch Nanoblattstrukturen, wie in Abb. 1e gezeigt. Allerdings gibt es leichte Veränderungen in der Morphologie der einzelnen Nanoblätter, bei denen nach dem plasmaunterstützten Selenisierungsprozess, wie in Abb. 1f gezeigt, statt der glatten Oberfläche Nanokörner auf der Oberfläche zu finden sind. Die EDS-Elementarkartierungsbilder von Co, Mo und Se auf einer zufällig ausgewählten Verbundfaser, wie in Abb. 1g gezeigt, beweisen stichhaltig die erfolgreiche Produktion von CoMoSe₄ auf dem Carbongewebe mit der gleichmäßigen Verteilung um die einzelne Faser. Ohne die plasmagestützte Behandlung ist das CoMoO₄ kann nicht vollständig in CoMoSe₄ umgewandelt werden unter identischen Bedingungen (250 W und 450 °C) wie in Zusatzdatei 1 gezeigt:Abbildung S2a. Diese charakteristischen Resonanzmoden von CoMoO₄ bleiben auch nach dem Selenisierungsprozess ohne die plasmaunterstützte Behandlung erhalten (blaue Kurve in Zusatzdatei 1:Abbildung S2a), während die schwarze Kurve in Zusatzdatei 1:Abbildung S2a charakteristische Resonanzmoden von CoMoO₄ . darstellt . Es ist eindeutig zu erwarten, dass die durch plasmaunterstützte Behandlung aus Se-Atomen ionisierten Se-Radikale die chemische Reaktion zwischen Co, Mo und Se zu CoMoSe₄ . beschleunigen können bei der niedrigeren Selenisierungstemperatur.

Schematische Darstellung der Herstellungsprozesse von 3D-CoMoSe₄ @C durch die hydrothermale Reaktion (a₁ ) und anschließend der plasmaunterstützte Selenisierungsprozess (a₂ )

REM-Bilder von a reines Carbongewebe, b , c , d CoMoO₄ @C und e , f CoMoSe₄ @C in verschiedenen Vergrößerungen. g EDS-Elementarabbildungen von CoMoSe₄ @C

Darüber hinaus zeigen TEM-Ergebnisse auch die Nanoblatt-Morphologie in dem so hergestellten CoMoO₄ wie in Abb. 2a gezeigt, was mit SEM-Bildern übereinstimmt. Darüber hinaus findet sich ein polykristallines Merkmal in einem CoMoO₄ Nanoblatt, auf dem kleine Einkristalle durch ein hochauflösendes TEM-Bild gut zu erkennen sind, wie in Abb. 1b, c gezeigt. Wie in Abb. 1c gezeigt, können beabstandete Gitterstreifen im Abstand von etwa 0,157 nm und 0,335 nm gemessen werden, die auf die Kristallebenen von (024) und (002) indiziert werden können, was die Phase von CoMoO_{4 . bestätigt} . Um die Phasendifferenz zwischen CoMoO₄ . weiter zu bestätigen und CoMoSe₄ , Raman-Ergebnisse wurden wie in Zusatzdatei 1 gezeigt gemessen:Abbildung S2b. Vor dem plasmaunterstützten Selenisierungsprozess die charakteristischen Resonanzmoden bei 330, 817 und 930 cm ⁻¹ gemessen, um die Bildung des CoMoO₄ . gut zu bestätigen Phase (schwarze Kurve in Zusatzdatei 1:Abbildung S2b) [44, 45]. Allerdings sind in den Raman-Spektren vor und nach dem plasmaunterstützten Selenisierungsprozess auf dem CoMoO₄ . signifikante Veränderungen der entsprechenden Resonanzmoden zu finden @C, mit dem die Resonanzmode bei 168 cm ⁻¹ stammt von CoSe₂ [46] und typisches MoSe₂ Funktionen mit E ¹ _2g und A_1g Modi bei 233 und 280 cm ⁻¹ verifiziert die Produktion von CoMoSe₄ (rote Kurve in Zusatzdatei 1:Abbildung S2b) [47]. Das CoMoO₄ und CoMoSe₄ Phasen können auch durch XRD-Spektren nachgewiesen werden, wie in Zusatzdatei 1 gezeigt:Abbildung S3 wo monoklines CoMoO₄ (JCPDS Nr. 21-0868), orthorhombisches CoSe₂ (JCPDS Nr. 53-0449) und hexagonalem MoSe₂ Nanokristalle (JCPDS Nr. 29-0914) wurden jeweils bestätigt. Darüber hinaus kann die gleichmäßige Verteilung der Co-, Mo- und O-Elemente im gesamten Nanoblatt durch EDS-Elementarkartierungsbilder bestätigt werden, wie in Abb. 2d gezeigt, was die homogene Synthese des CoMoO₄ . anzeigt nach dem Hydrothermalprozess. Das as-selenisierte CoMoSe₄ @C bewahrte die Nanoblattstruktur und präsentierte die Polykristallinität, wie in Abb. 2e, f gezeigt und durch Raman- und XRD-Messungen charakterisiert (zusätzliche Datei 1:Abbildungen S2b und S3). Das hochauflösende TEM-Bild, wie in Abb. 2g gezeigt, zeigt gut erkannte Gitterstreifen, die um ~ 0,27 und ~ 0,65 nm getrennt sind, entsprechend den (110)- und (002)-Kristallebenen von CoSe₂ und MoSe₂ , die den erfolgreichen plasmaunterstützten Selenisierungsprozess zur Bildung des CoMoSe₄ . bestätigt . In ähnlicher Weise kann die homogene Transformation mit der gleichmäßigen Verteilung der Co-, Mo- und Se-Elemente innerhalb des CoMoSe₄ . behauptet werden Nanoblätter wie in Abb. 2h gezeigt.

a Ein TEM-Bild von CoMoO₄ Nanoblatt. b , c HRTEM-Bilder des CoMoO₄ Nanoblatt in verschiedenen Vergrößerungen. d Die entsprechenden EELS-Elementarabbildungen von CoMoO₄ Nanoblatt. e Ein TEM-Bild von CoMoSe₄ Nanoblatt. f , g HRTEM-Bild des CoMoSe₄ Nanoblatt in verschiedenen Vergrößerungen. h Die entsprechenden EELS-Elementarabbildungen von CoMoSe₄ Nanoblatt

Um die chemische Zusammensetzung des selenisierten CoMoSe₄ . zu untersuchen , XPS-Messungen wurden im CoMoSe₄ . durchgeführt @C-Komposit, mit dem nur Co-, Mo-, Se-, C- und O-Elemente innerhalb der instrumentellen Grenze identifiziert werden können, wie in Abb. 3a gezeigt. Weitere Narrow-Scan-Spektren von Co 2p-, Mo 3d- und Se 3d-Orbitalen sowohl in den Rohdaten als auch in den angepassten Kurven wurden in Abb. 3b–d dargestellt. Der 2p-Orbital-bezogene Peak des Co-Elements teilt sich in wohldefinierte 2p_3/2 . auf und 2p_1/2 Peaks bei 778,37 und 793,92 eV (Abb. 3b), was darauf hindeutet, dass Co in Form von Co ²⁺ . vorliegt , und ihre Satellitenpeaks sind mit „Sat“ gekennzeichnet. erschien bei 780,37 bzw. 783,52 eV [48, 49]. Zwei Peaks bei 232,25 und 229,53 eV (Abb. 3c) entsprechen Mo 3d_3/2 und Mo 3d_5/2 , was darauf hinweist, dass sich Mo in seinem Mo (IV)-Zustand befindet [50, 51]. Darüber hinaus können Peaks bei 54,59 und 55,46 eV sowohl in den Rohdaten als auch in den angepassten Kurven entsprechend dem Se 3d_5/2 . gut aufgelöst werden und Se 3d_3/2 Energien wie in Abb. 3d gezeigt [36, 52, 53]. Der bei 59,64 eV beobachtete Peak ist eindeutig mit SeO_x . verbunden , das durch die Oberflächenoxidation von CoMoSe₄ . gebildet wurde @C während der Probenhandhabung [54]. Die Ergebnisse der Zusammensetzungsanalyse zeigen, dass das Atomverhältnis von Co:Mo:Se etwa 1:0,88:3,84 beträgt, was die Stöchiometrie von CoMoSe₄ . anzeigt .

a Das Wide-Scan-XPS-Spektrum und die Narrow-Scan-Spektren von b Co2p, c Mo3d und d Se3d im Verbund von CoMoSe₄ @C

Die Natriumspeicherleistung des CoMoSe₄ Die @C-Anode wurde mit münzartigen Halbzellen mit dem unselenisierten CoMoO₄ . bewertet @C Elektrode zum Vergleich. Wie in den zyklischen Voltammogramm (CV)-Kurven des CoMoSe₄ . zu sehen ist @C-Elektrode wie in Abb. 4a gezeigt, zwei Peaks bei ~ 1,14 und 1,05 V während des ersten kathodischen Durchlaufs können entsprechend dem Einfügungsprozess durch Na ⁺ . aufgelöst werden -Ionen, während die beiden Oxidationspeaks bei etwa 1,79 V und 1,86 V mit dem Extraktionsprozess des Na ⁺ . zusammenhängen Ion. Ab den zweiten Zyklen zeigen die CV-Kurven in diesem Komposit als Anodenmaterial Überlappungen mit dem nachfolgenden Zyklus, was auf die gute Elektrodenstabilität hindeutet. Die entsprechenden galvanostatischen Lade-/Entladekurven, wie in Abb. 4b dargestellt, sind stimmt mit den CV-Ergebnissen überein und zeigt das stabile Na ⁺ Insertions-/Extraktionsverhalten innerhalb der ersten fünf Zyklen mit Ausnahme einiger irreversibler Reaktionen. Es sollte erwähnt werden, dass die Faserstruktur des Carbongewebes fast nichts zu der durch die Zyklenmessungen nachgewiesenen Kapazität beigetragen hat, wie in Zusatzdatei 1:Abbildung S4 gezeigt. Zum Vergleich CV und Lade-/Entladekurven des CoMoO₄ @C-Elektrode unter den gleichen Messbedingungen werden in Zusatzdatei 1 angezeigt:Abbildung S5. Beachten Sie, dass die schlechte elektrochemische Aktivität des CoMoO₄ @C-Komposit als Anode für SIBs kann bestätigt werden. Zweifellos ist die plasmaunterstützte Selenisierung von CoMoO₄ @C ist sehr konstruktiv, um geeignetere Elektrodenmaterialien für die Natriumspeicherung herzustellen.

a CV-Kurven von CoMoSe₄ @C bei 0.1 mV s ⁻¹ unter 0,5–3 V gegenüber Na/Na ⁺ . b Entlade-/Ladekurven des CoMoSe₄ @C-Elektrode innerhalb der ersten fünf Zyklen bei 0.1 A g ⁻¹ . c Fähigkeiten des CoMoSe₄ @C und CoMoO₄ @C-Elektroden bei unterschiedlichen Laderaten unter 0,5 bis 3 V mit der entsprechenden Coulomb-Effizienz. d Radsportleistungen des CoMoSe₄ @C und CoMoO₄ @C-Elektroden für 50 Zyklen bei 0.5 A g ⁻¹

Zusätzliche Datei 1:Abbildung S6 zeigt die rohen experimentellen und angepassten Nyquist-Plots für CoMoSe₄ @C und CoMoO₄ @C sowie das entsprechende Ersatzschaltbild (Einschub der Zusatzdatei 1:Bild S6). Die Anpassungsergebnisse bestätigen eindeutig, dass der Ladungsübergangswiderstand (Rct) von CoMoSe₄ @C und CoMoO₄ @C ist 19 bzw. 157 Ω. EIS-Ergebnisse zeigen die elektrochemischen Mechanismen der verbesserten Natriumspeicherfähigkeit im CoMoSe₄ @C-Verbundelektrode, bei der die bessere elektrische Leitfähigkeit im plasmaunterstützten selenisierten Verbundstoff charakterisiert werden kann, um das schnellere Na ⁺ . zu ermöglichen Insertion/Extraction auch bei höheren Stromdichten als im CoMoO₄ @C zusammengesetzt. Darüber hinaus ist die überlegene Ratenleistung des CoMoSe₄ Die @C-Elektrode wurde im Vergleich mit der CoMoO₄ erreicht @C wie in Abb. 4c gezeigt, wobei die Stromdichten schrittweise von 0,1 auf 5 A g ⁻¹ . ansteigen . Insbesondere eine hohe reversible Kapazität von 475 mA h g ⁻¹ bei 0,1 A g ⁻¹ wurde von der CoMoSe₄ gezeigt @C-Elektrode mit dem Kontrast zu nur 198 mA h g ⁻¹ im CoMoO₄ @C Anode. Da die Stromdichten schrittweise von 0,1 auf 0,2 erhöht werden, werden 0,5, 1, 2 und 5 A g ⁻¹ , reversible Kapazitäten im CoMoSe₄ @C-Elektrode fiel von 475 auf 458, 371, 320, 277 und 230 mA h g ⁻¹ , was auf die gute Ratenfähigkeit hinweist. Zum Vergleich die Entladekapazitäten im CoMoO₄ Die @C-Anode erfuhr eine Reduzierung von 198 auf 140, 93, 65, 45 und 26 mA h g ⁻¹ , bzw. Darüber hinaus finden sich ähnliche Phänomene in den Zyklustestergebnissen des CoMoSe₄ @C und CoMoO₄ @C-Elektroden wie in Abb. 4d dargestellt. Die CoMoSe₄ @C zeigte eine bessere Zyklenstabilität mit einer hohen Kapazität von 301 mA h g ⁻¹ bei 0.5 A g ⁻¹ auch nach 50  Zyklen aufrechterhalten im Vergleich zu 46 mA h g ⁻¹ im CoMoO₄ @C-Elektrode. Im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Anodenmaterialien (Tabelle 1) ist CoMoSe₄ @C-Verbundelektrode weist eine beträchtliche reversible Kapazität und Geschwindigkeitsleistung auf, daher CoMoSe₄ @C-Komposit kann als potentielles Elektrodenmaterial für SIBs verwendet werden.

Schlussfolgerungen

Ein einfacher Ansatz zur Herstellung eines binären Übergangsmetallselenids, das als Anodenmaterial in SIBs dient, wurde über den plasmaunterstützten Selenisierungsprozess eines binären Übergangsmetalloxids demonstriert. In dieser Arbeit wird dreidimensionales (3D) CoMoSe₄ Nanoblätter auf Netzwerkfasern eines Kohlenstoffgewebes, bezeichnet als CoMoSe₄ @C direkt konvertiert aus CoMoO₄ Hydrothermal hergestellte Nanoblätter auf Netzwerkfasern eines Kohlenstoffgewebes durch plasmaunterstützte Selenisierung als Anode für SIBs wurden erstmals demonstriert. Ein großer Natriumionenspeicher von 475 mA h g ⁻¹ bei 0,1 A g ⁻¹ kann aus der plasmaunterstützten selenisierten Verbundelektrode mit einer Kapazitätserhaltung von über 80 % auch nach 50  Zyklen erzeugt werden, während die Entladekapazität von 230 mA h g ⁻¹ kann auch bei 5 A g ⁻¹ . noch erhalten werden . Hervorragende Na-Ionen-Speicherfähigkeiten profitieren von seiner gut entwickelten Nanostruktur und guten elektrischen Leitfähigkeit. Die Arbeit hebt die vielversprechende Anwendung binärer Übergangsmetallselenide als Elektrodenmaterialien in SIBs und die einfache Synthesemethode hervor, die bei der Herstellung anderer bimetallischer Selenide für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden könnte, z. B. als Antrieb für nachhaltige Fahrzeuge und tragbare Energiespeicher.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel und seinen ergänzenden Informationsdateien enthalten.

Abkürzungen

3D:

Dreidimensional

CoMoO₄ @C:

3D-CoMoO₄ Nanoblätter/Kohlenstoffgewebe

CoMoSe₄ @C:

3D-CoMoSe₄ Nanoblätter/Kohlenstoffgewebe

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

EELS:

Elektronenenergieverlustspektroskopie

EIS:

Elektrochemische Impedanzspektroskopie

LIBs:

Lithium-Ionen-Akkus

MXs:

Metallsulfide/Selenide

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

SIBs:

Natrium-Ionen-Batterien

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

XRD:

Röntgenbeugung