Flat–Zigzag Interface Design of Chalcogenide Heterostructure toward Ultralow Volume Expansion for High‐Performance Potassium Storage

材料科学 之字形的 硫系化合物 异质结 阳极 光电子学 堆积 纳米技术 化学工程 电极 化学 物理化学 几何学 数学 有机化学 工程类
作者
Qingmin Pan,Zhaopeng Tong,Yuanqiang Su,Yongping Zheng,Liang Shang,Yongbing Tang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (39) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adma.202203485
摘要

Heterostructure construction of layered metal chalcogenides can boost their alkali-metal storage performance, where the charge transfer kinetics can be promoted by the built-in electric fields. However, these heterostructures usually undergo interface separation due to severe layer expansion, especially for large-size potassium accommodation, resulting in the deconstruction of heterostructures and battery performance fading. Herein, first a stable interface design strategy where two metal chalcogenides with totally different layer-morphologies are stacked to form large K+ transport channels, rendering ultralow interlayer expansion, is presented. As a proof of concept, the flat-zigzag MoS2 /Bi2 S3 heterostructures stacked with zigzag-morphology Bi2 S3 and flat-morphology MoS2 present an ultralow expansion ratio (1.98%) versus MoS2 (9.66%) and Bi2 S3 (9.61%), which deliver an ultrahigh potassium storage capacity of above 600 mAh g-1 and capacity retention of 76% after 500 cycles, together with the built-in electric field of heterostructures. Once the heterostructures are used as an anode for potassium-based dual-ion batteries (K-DIBs), it achieves a superior full-cell capacity of ≈166 mAh g-1 with a capacity retention of 71% after 400 cycles, which is an outstanding performance among the reported K-DIBs. This proposed interface stacking strategy may offer a new way toward stable heterostructure design for metal ions storage and transport applications.
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