Encapsulation of Titanium Disulfide into MOF‐Derived N,S‐Doped Carbon Nanotablets Toward Suppressed Shuttle Effect and Enhanced Sodium Storage Performance

X射线光电子能谱 材料科学 化学工程 阳极 纳米颗粒 碳纤维 离子键合 电极 无机化学 纳米技术 复合数 化学 离子 有机化学 物理化学 工程类 复合材料
作者
Tianhao Yao,Hongkang Wang,Xin Ji,Qingmiao Zhang,Lingjie Meng,Yonghong Cheng,Chang Yu,Xiaogang Han
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202311126
摘要

Titanium disulfide (TiS2 ) is a promising anode material for sodium-ion batteries due to its high theoretical capacity, but it suffers from severe volume variation and shuttle effect of the intermediate polysulfides. To overcome the drawbacks, herein the successful fabrication of TiS2 @N,S-codoped C (denoted as TiS2 @NSC) through a chemical vapor reaction between Ti-based metal-organic framework (NH2 -MIL-125) and carbon disulfide (CS2 ) is demonstrated. The C─N bonds enhance the electronic/ionic conductivity of the TiS2 @NSC electrode, while the C─S bonds provide extra sodium storage capacity, and both polar bonds synergistically suppress the shuttle effect of polysulfides. Consequently, the TiS2 @NSC electrode demonstrates outstanding cycling stability and rate performance, delivering reversible capacities of 418/392 mAh g-1 after 1000 cycles at 2/5 A g-1 . Ex situ X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscope analyses reveal that TiS2 undergoes an intercalation-conversion ion storage mechanism with the generation of metallic Ti in a deeper sodiation state, and the pristine hexagonal TiS2 is electrochemically transformed into cubic rock-salt TiS2 as a reversible phase with enhanced reaction kinetics upon sodiation/desodiation cycling. The strategy to encapsulate TiS2 in N,S-codoped porous carbon matrices efficiently realizes superior conductivity and physical/chemical confinement of the soluble polysulfides, which can be generally applied for the rational design of advanced electrodes.
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