Polar Molecule Intercalation to Weaken P2─S Bonding in MnPS3 Toward Ultrahigh‐Capacity Sodium Storage

插层(化学) 阳极 离域电子 电化学 材料科学 分子 吸附 金属 化学极性 化学工程 过渡金属 电极 无机化学 化学 物理化学 有机化学 冶金 催化作用 工程类
作者
Xueyang Tu,Ke Fan,Baixin Peng,Shaoning Zhang,Yiran Ma,Yuqiang Fang,Haitao Huang,Fuqiang Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202406328
摘要

Abstract Layered transition metal trithiophosphates ( TM PS 3 , TM = Mn, Fe, Co, etc .) with high theoretical capacity (>1 300 mAh g −1 ) are potential anode materials for sodium‐ion batteries (SIBs). However, the strong bonding between P 2 dimers and S atoms in TM PS 3 hinders the efficient alloying reaction between P 2 dimers and Na + , resulting in practical capacities much lower than theoretical values. Herein, a polar molecule diisopropylamine (DIPA) is intercalated into MnPS 3 for the first time to improve the sodium storage performance effectively. Theoretical calculations show that the electron transfer between DIPA and MnPS 3 induces more delocalized S p states and weaker P─S bonds, significantly enhancing the electrochemical activity and sodiation/desodiation reaction kinetics. Moreover, the expanded interlayer spacing from 6.48 to 10.75 Å enables faster Na + diffusion and more active sites for Na + adsorption. As expected, the DIPA‐MnPS 3 exhibits an ultrahigh capacity of 1,023 mAh g −1 at 0.2 A g −1 and excellent cycling performance (≈100% capacity retention after 4 200 cycles at 10 A g −1 ), far outperforming those metal thiophosphates anodes reported for SIBs. Interestingly, in situ and ex situ characterizations reveal a quasi‐topological intercalation mechanism of DIPA‐MnPS 3 . This work provides a novel strategy for the design of high‐performance anode materials for SIBs.
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