成果简介
文章简读
而通常有效的策略是将Bi2S3设计为纳米/微米结构，提供更大的表面积以及缩短Li+离子扩散路径，以缓解锂离子嵌入Bi2S3引起的体积变化大的问题。而另一种策略是将Bi2S3负载到导电碳基体上，通过二者的协同作用提高锂的存储性能和结构稳定性。在本文中我们结合以上两种策略即将纳米Bi2S3负载在导电碳基体上，从而实现Bi2S3作为负极材料在LIBs中的应用。
Bi2S3的制备方法有球磨，水热以及溶剂法等，每种方法都可制备独特形貌的Bi2S3。而分子前驱体热解法可以通过改变实验参数，从而精确调控目标产物的晶相、组成和形貌。利用有机分子配体和金属铋盐合成分子前驱体，使金属原子高度分散。而有机配体的快速热解有利于形成表面能较高的界面，暴露更多的活性位点，提高锂离子的存储性能；同时由于石墨烯表面亲水性差，一般与金属硫化物不相容，而有机配体可以使金属铋盐与石墨烯更容易接触，提高了材料的导电性。在热解过程中，有机配体的分解产生丰富的孔隙结构，有利于Li+离子的迁移。而该方法已应用于硫化钴的制备，对性能的提高有显著作用。因此采用此法实现纳米棒状Bi2S3负载在还原氧化石墨烯。
而合成的负载纳米棒状Bi2S3的还原氧化石墨烯，由于Bi2S3与还原氧化石墨烯界面的电荷极化作用促进了电荷转移，同时由于纳米棒状以及少量空心纳米棒状结构的Bi2S3的存在缩短了锂离子扩散路径，增加了电极与电解质之间的接触面积，因此具有优异的动力学性能。另外还原氧化石墨烯具有表面积大和导电性好等特点，提高电子迁移速率，有效缩短电子和锂离子的迁移路径。因此制备的BSG-400材料表现出良好的锂存储能力。总的来说，这项工作为金属化合物/还原氧化石墨烯复合材料的发展提供了一个通用的策略，提高与电池比容量的相关的电化学性能。
图1. a)从分子前驱体到BSG-400样品的示意图；b) BSG-300、BSG-400、BSG-500、BSG-600、BSG-700和BS样品的XRD谱图；c) BSG-700与Bi标准PDF卡的XRD谱图，以及d) Bi(S2CNEt2)3和e) Bi(S2CNEt2)3/GO前驱体在Ar气氛下的TG曲线。
图2. a) Bi(S2CNEt2)3、c) BS (插图：样品不含P123的透射图)、d) BSG-300、f,g) BSG-400和 i) BSG-700的透射图像；b) BS、e) BS-400和 h) BSG-700的扫描图像；j) BSG-400的能量色散谱图；k) N2吸附和解吸等温线；l) BS和BSG-400的孔隙分布图。
图3. a) BSG-400、BSG-300、BSG-400、BSG-500、BSG-600、BSG-700的拉曼光谱，b) BS和BSG-400的拉曼光谱，c) BSG-400的高分辨率XPS图谱， d) Bi 4f, S 2p、e) c 1s和 f) N 1s 的XPS光谱图。
图4. a) BSG-400和 b) BS以0.2g A-1的电流密度前四个循环的充放电曲线图；c) BSG-400和 d) BS以0.1mV S-1扫描速率的CV图。
图5. a) BS和BSG-400在不同电流密度下的充放电循环图；b) BSG-500、BSG-600和BSG-700电极在0.2A g-1的充放电循环性能图；c) BS和BSG-400循环前后的电化学阻抗谱；d) BS和BSG-400的变倍率性能图。
文献链接
Zhongshuang Li, Mengmeng He, Bing Bo, Huijuan Wei, Yanyan Liu, Hao Wen, Yushan Liu, Ke Zhang, Panke Zhang*, Baojun Li*. Bi2S3 Nanorods Hosted on rGO Sheets from Pyrolysis of Molecular Precursors for Efficient Li-Ion Storage. Energy Environ. Mater. 2020.
DOI: 10.1002/eem2.12138.
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