掺硒二硫化钨实现高性能储钾

(资料图)

为了解决纯二硫化钨（WS2）作为储能电极材料时低导电率和较少离子存储位点的问题，桂林理工大学研究者提出了异原子填充空位策略，并设计出了掺硒（Se）二硫化钨材料，即通过引入硒原子来部分地填充WS2中的硫空位（VS）。

WS2图片

据中钨在线了解，二硫化钨是一种低维度过渡金属硫化物，具有与石墨烯相似的层状结构，层间以范德瓦尔斯力连接，层内以W-S共价键链接。结构的特殊性，赋予了WS2较大的层间距（0.618nm）、较低的嵌钾电位（小于1.0V）、较高的理论比容量（∼432mAh/g）等优势，使之在钾离子电池（PIBs）研究应用中表现出巨大的开发潜力。

不过，二硫化钨仍然存在电导率不足和活性位点有限等问题，因而导致所制备的 PIBs的实际容量较低和使用寿命较短。为了解决上述的问题，有研究者向硫空位中引入了WS2，这样虽然可以提高它的导电率和反应动力学速度，但是并不能保证整个空位的活性和稳定性。

有鉴于此，桂林理工大学研究者就设计出了掺硒二硫化钨材料，用硒原子来部分硫空位，这样不仅可以增加WS2的层间距、稳定和激活已有的空位，从而提供更多的存储位点来吸附钾离子，还可以改善WS2的电导率和离子扩散动力学，以实现高性能储钾。

VS-WS2-Se@xNS制备示意图（图源：Qing Zhu/ACS Applied Materials & Interfaces）

掺硒二硫化钨的生产步骤：首先，采用溶剂热反应法合成了超薄的二硫化钨纳米片；然后将其放在Ar/H2气氛下进行高温焙烧，使之表面上产生大量硫空位VS，获得VS-WS2 NS；最后将Vs-WS2NS进行硒化（将活性Se填充到WS2的VS）转化为Vs-WS2-Se@xNS（x可为0.5、1和2）。

该研究成果已以“Filling Selenium into Sulfur Vacancies in Ultrathin Tungsten Sulfide Nanosheets for Superior Potassium Storage”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。