可充電鎂電池（RMB）因其高容量、低還原電位而引起廣泛關(guān)注。然而，由于強(qiáng)靜電相互作用，RMB目前缺乏匹配的主體材料來填補(bǔ)正極的作用以改善Mg2+的緩慢動力學(xué)。將電活性材料整合到碳質(zhì)物質(zhì)中的分層納米復(fù)合材料對于解決后鋰離子時(shí)代電池中電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性問題具有重要意義。
在此，西北工業(yè)大學(xué)禚司飛教授、沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)Husam N. Alshareef教授及王鵬教授等人開發(fā)出一種基于內(nèi)部添加的骨架將摻雜Cu的 MoS2（Cu-MoS2）納米花瓣封裝在富含有機(jī)碳的H取代石墨二炔（HsGDY）納米管中的分層納米膠囊（Cu-MoS2@HsGDY），并將其用作RMB正極材料。
值得注意的是，Cu在MoS2中的摻入和內(nèi)部自添加納米盒的產(chǎn)生都是從Cu-半胱氨酸@HsGDY混合納米線的雙模板發(fā)展而來的。該合成涉及CuS@HsGDY中間體的兩種形態(tài)/組成演變，兩者都在一個連續(xù)過程中順序發(fā)生。研究表明，這種納米膠囊結(jié)合了HsGDY（具有良好的離子擴(kuò)散）和Cu-MoS2（具有擴(kuò)展的中間層和增強(qiáng)的電導(dǎo)率）的優(yōu)點(diǎn)。
圖1. 中間體在連續(xù)過程中的形態(tài)/組成演變
此外，組織良好的中空納米盒提供了許多內(nèi)部添加的骨架來適應(yīng)Cu-MoS2的體積變化。具有高度共軛電子結(jié)構(gòu)的剛性HsGDY涂層進(jìn)一步用作電子傳導(dǎo)通道，以提高其動力學(xué)活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。當(dāng)作為RMB正極材料進(jìn)行評估時(shí)，它在50 mA g-1下具有148.5 mAh g-1的高可逆充電容量和出色的循環(huán)性能（200次循環(huán)后的容量保持率為104%）。
即使在0.5 A g-1下，在300次循環(huán)后也可實(shí)現(xiàn) 85.5 mAh g-1的高容量，這些結(jié)果表明該有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料在Mg2+存儲方面的優(yōu)勢?？傊撗芯繄?bào)道的雙模板方法能夠設(shè)計(jì)具有組織良好的幾何形狀和精心設(shè)計(jì)功能的分層納米復(fù)合材料，以應(yīng)對后鋰離子電池時(shí)代技術(shù)的持續(xù)挑戰(zhàn)。
圖2. 基于Cu-MoS2@HsGDY正極的RMB性能
Hierarchical Nanocapsules of Cu-Doped MoS2@H-Substituted Graphdiyne for Magnesium Storage, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c09405
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