3D CoMoSe4 Nanosheet-arrays rechtstreeks geconverteerd van hydrothermisch verwerkte CoMoO4-nanosheetarrays door plasma-ondersteund selenisatieproces naar uitstekend anodemateriaal in natrium-ionbatterij

Abstract

In dit werk, driedimensionale (3D) CoMoSe₄ nanosheet-arrays op netwerkvezels van een koolstofdoek aangeduid als CoMoSe₄ @C rechtstreeks geconverteerd vanuit CoMoO₄ Nanosheet-arrays bereid door een hydrothermisch proces gevolgd door de plasma-ondersteunde selenisatie bij een lage temperatuur van 450 ° C als een anode voor een natriumionbatterij (SIB) werden voor het eerst gedemonstreerd. Met de plasma-geassisteerde behandeling van het selenisatieproces kunnen zuurstof (O)-atomen worden vervangen door selenium (Se)-atomen zonder de morfologie aantasting bij een lage selenisatietemperatuur van 450 °C. Dankzij het hoge specifieke oppervlak van de goed gedefinieerde 3D-structuur, de hoge elektronengeleiding en de elektrochemische activiteit van bimetaal, de superieure prestaties met een grote natriumion-opslag van 475 mA h g⁻¹ onder 0,5–3 V potentiaalbereik bij 0,1 A g⁻¹ werd bereikt met behulp van deze CoMoSe₄ @C als de elektrode. Bovendien werd het capaciteitsbehoud goed behouden voor meer dan 80% vanaf de tweede cyclus, met een tevreden capaciteit van 301 mA h g⁻¹ zelfs na 50 cycli. Het werk leverde een nieuwe benadering op om een binair overgangsmetaalselenide te bereiden en verrijkt zeker de mogelijkheden voor veelbelovende anodematerialen in SIB's met hoge prestaties.

Achtergrond

Oplaadbare natrium-ionbatterijen (SIB's), die profiteren van de voordelen van lage kosten en relatief hoge veiligheid, worden beschouwd als een veelbelovend alternatief batterijsysteem voor commerciële lithium-ionbatterijen (LIB's) en hebben de afgelopen decennia enorm veel aandacht gekregen [1,2 ,3,4,5]. Niettemin leiden de grotere ionenstraal en hogere molmassa van natriumionen in vergelijking met die van lithiumionen tot een trage elektrochemische reactie voor de natriumiondiffusie, wat bijgevolg resulteert in de onbevredigde elektrochemische prestaties met minder opties op geschikte elektrodematerialen dan die in LIB's [6,7,8]. Daarom is het heel belangrijk om geschikte anodematerialen voor SIB's te onderzoeken of te ontwerpen.

Metaalsulfiden/seleniden (MX's) zijn aangetoond als zeer populair elektrodemateriaal in SIB's vanwege hun unieke kristalstructuren en variaties in materiaaleigenschappen [9,10,11,12,13,14,15]. Desalniettemin is de grote volumeverandering in MX's tijdens ionenextractie- en insertieprocessen, die over het algemeen resulteren in structurele degradatie en instabiliteit van de vaste elektrolyt-interfase, nog steeds een serieus probleem. Daarom zijn er nog steeds verdere strategieën nodig om de materiaalstructuren te accommoderen of te bufferen voor praktische toepassingen [16, 17]. Onlangs hebben bimetaalsulfiden/seleniden, bijv. NiCo₂ S₄ , Co₂ Ma₃ Se en CoMoS [18,19,20] zijn onderzocht als een veelbelovende klasse van elektrodematerialen voor veelbelovende energieopslag- en conversieapparaten vanwege hun hogere elektrochemische activiteiten en capaciteiten dan monometaalsulfiden/seleniden, bijv. MoS₂ , CoSe₂ , NiSe₂ , en FeSe₂ [21,22,23,24,25,26,27]. Op het gebied van SIB's zijn er echter weinig rapporten over de toepassing van bimetaalseleniden vanwege de uitdaging in materiaalsynthese. Tot op heden zijn enkele synthetische methoden en toepassingen van bimetaalseleniden in SIB's uitgevoerd [28,29,30]. Onder hen zijn Co en Mo, als overgangsmetaalelementen met overvloedige hulpbronnen en hoge redoxchemische valenties [31,32,33,34,35], veelbelovende componenten als anodematerialen. Bovendien is koolstofdoek met een sterk gestructureerd oppervlak en een goede elektrische geleidbaarheid een goed substraat voor elektrodematerialen, die snel elektronentransport mogelijk maken en grote contactgebieden tussen elektrode en elektrolyt produceren [37, 38].

In dit opzicht hebben we CoMoSe₄ . met een 3D-netwerk gedemonstreerd nanosheet-arrays op netwerkvezels van het koolstofdoek (CoMoSe₄ @C) door directe chemische omzetting door de plasma-ondersteunde selenisatie van CoMoO₄ nanosheet-arrays bereid door het hydrothermische proces op netwerkvezels van het koolstofdoek (CoMoO₄ @C) als de anode in SIB's voor de eerste keer. Interessant is dat met de hulp van een plasma-geassisteerd proces op het selenisatieproces, de omzetting van O-atomen door Se kan worden bereikt bij een lage temperatuur van 450 ° C zonder enige morfologische verandering. De CoMoSe₄ @C vertoont betere natriumopslagprestaties dan die van de niet-selenized CoMoO₄ @C. Met synergetische effecten van beide overgangsmetaalsoorten, een zeer omkeerbare capaciteit van 475 mA h g⁻¹ bij 0,1 A g⁻¹ en een hoog capaciteitsbehoud van meer dan 80%, zelfs na 50 cycli bij 0,5 A g⁻¹ werden bereikt met behulp van de CoMoSe₄ @C composiet als de elektrode in SIB's. Bovendien kan deze composietelektrode uitstekende snelheidscapaciteiten leveren, waarbij de ontladingscapaciteiten veranderen van 475 tot 230 mA h g⁻¹ omdat stroomdichtheden stapsgewijs werden toegevoegd, variërend van 0,1 tot 5 A g⁻¹ , die een goede natriumopslageigenschap vertonen. Dit werk ontwikkelde een nieuwe route voor het synthetiseren van bimetaalseleniden, die kunnen worden toegepast in andere verwante materialen voor de opslag van natriumenergie of andere toepassingen [39,40,41,42,43].

Experimentele sectie

Synthese van CoMoO₄ Nanosheet-arrays door het hydrothermale proces

Ten eerste 0,4234 g Na₂ MoO₄ ·2H₂ O (zuiverheid ≥ 99%, Sigma-Aldrich), 0,5093 g Co(NO₃ )₂ ·6H₂ O (zuiverheid ≥ 98%, Alfa Aesar), 0,074 g NH₄ F (zuiverheid ≥ 98%, Alfa Aesar) en 0,49 g CO(NH₂ )₂ (zuiverheid ≥ 99,5%, Echo Chemical Co., Ltd.) werden onder constant intens roeren toegevoegd aan 35 mL gedestilleerd (DI) water. Vervolgens werd het mengsel overgebracht naar de met Teflon beklede roestvrijstalen autoclaaf, die een stuk koolstofdoek (CC) (CeTech Co., Ltd., Taiwan) bevatte (CeTech Co., Ltd., Taiwan), gevolgd door 12 uur verwarmen op 180 ° C in een oven. Na de hydrothermische groei werd het gesynthetiseerde monster eruit gehaald en zorgvuldig schoongemaakt, gevolgd door vacuümdrogen bij 60°C gedurende 12 uur. Ten slotte werd het als-gesynthetiseerde monster gedurende 2 uur gegloeid in pure argon bij 300 ° C om de CC te verkrijgen die was gecoat met CoMoO₄ nanosheet-arrays.

Directe conversie van CoMoSe₄ Nanosheet-arrays door plasma-ondersteund selenisatieproces

Het plasma-geassisteerde selenisatiesysteem (Syskey Technology Ltd.) werd gebruikt om de geproduceerde CoMoO₄ te seleniseren nanosheet-arrays. De seleniumverwarmer aan de bovenkant van de machine is gescheiden van de onderste monsterhouder om de temperatuur van respectievelijk de Se-bron en het substraat onafhankelijk te regelen. Tijdens het syntheseproces werden de seleniumdeeltjes eerst op de selenium (Se) -verwarmer geplaatst en verwarmd tot 300 ° C om Se-dampen te genereren. Tegelijkertijd werd het verdampte Se-gas naar het substraat geleid door een verticale stroom van een gemengd draaggas dat N₂ bevat. /H₂ gas (N₂ :H₂ =40:80) bij een constante stroomsnelheid om de hoeveelheid Se in de damp te behouden. Vervolgens werd het eerder op de monsterhouder geplaatste substraat verwarmd tot de reactietemperatuur van 450 °C. Zodra de substraattemperatuur stabiel was, werd het plasma gestart bij 250 W om Se-dampen te ioniseren tot Se-radialen om de chemische reactie te bevorderen.

Karakterisering

Morfologieën van zoals geproduceerde materialen werden gekarakteriseerd door scanning elektronenmicroscopie (SEM) (Hitachi UHR FE-SEM SU8010). Verdere waarnemingen van het verschil in structuren voor en na de plasma-geassisteerde selenisatie werden onderzocht met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop met hoge resolutie (HRTEM) (JEOL, JEM-F200 CFEGTEM, 200 kV). De elementanalyses werden uitgevoerd door elektronenenergieverliesspectroscopie (EELS) via HRTEM (JEOL, JEM-F200). De vorming van CoMoSe₄ @C werd onderzocht door Raman-spectroscopie (HORIBA, LabRAM, HR800) met de groene laser (532 nm) excitatie. De kristalstructuren van CoMoO₄ en CoMoSe₄ werden vervolgens gekenmerkt door röntgendiffractie (XRD) (Ultima IV, Rigaku). De chemische binding en het diepteprofiel van materialen werden vastgesteld met behulp van röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS, ULVAC-PHI 1600) faciliteit. Elektrochemisch testen van de voorbereide CoMoSe₄ @C werd uitgevoerd met een CR2032 knoopcel, bestaande uit een CoMoSe₄ @C-elektrode en een natriummetaalkathode gescheiden door glasvezels. CoMoSe₄ @C werd direct als anode-elektrode gebruikt en het bijbehorende gewicht werd berekend door het gewicht van het koolstofdoek af te trekken van de CoMoSe₄ @C composiet. De elektrolyt is 1 M natriumtrifluormethaansulfonaat (NaCF₃ SO₃ ) opgelost in diethyleenglycoldimethylether (DEGDME). Om de elektrochemische prestatie van de geassembleerde elektroden te onderzoeken, werd cyclische voltammetrie (CV) uitgevoerd in potentiaalbereiken van 0,5-3 V bij 0,1 mV s⁻¹ op een Bio-Logic VSP-potentiostaat, en de elektrochemische impedantie werd uitgevoerd met behulp van elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) over het frequentiebereik van 0,01 Hz–100 kHz. Oplaad-/ontlaadmetingen werden uitgevoerd onder 0,5–3 V op een landbatterijmeetsysteem bij kamertemperatuur.

Resultaten en discussie

De synthese van 3D CoMoSe₄ nanosheet-arrays rechtstreeks geconverteerd uit hydrothermisch verwerkte CoMoO₄ door het plasma-geassisteerde selenisatieproces wordt schematisch weergegeven in Schema 1. Kortom, als een proof of concept, CoMoO₄ nanosheets werden gekweekt op netwerkvezels van een koolstofdoek door middel van een hydrothermisch proces zoals weergegeven in Schema 1a₁ , gevolgd door het plasma-geassisteerde selenisatieproces zoals weergegeven in Schema 1a₂ , CoMoO₄ @C direct omgezet in CoMoSe₄ nanobladen. Er kan worden aangetoond dat de O-atomen bijna werden vervangen door Se-atomen na het plasma-geassisteerde selenisatieproces (aanvullend bestand 1:figuur S1). Gedetailleerde stappen van CoMoSe₄ nanosheets die direct door het plasma-geassisteerde selenisatieproces werden omgezet, werden genoemd in het experimentele deel. Afbeelding 1a toont een SEM-afbeelding van vezels die zijn genomen van een koolstofdoek, waarbij de inzet een SEM met een lage vergroting laat zien. Na een hydrothermisch proces, CoMoO₄ nanosheet-arrays met een gevestigde textuurstructuur werden met succes gekweekt op de vezels van het koolstofdoek aangeduid als CoMoO₄ @C zoals weergegeven in Fig. 1b. Figuur 1c toont een vergroot SEM-beeld genomen uit figuur 1b, waar de nanosheet-arrays met een uniforme diameter van ongeveer ~ -13 m, bestaande uit 3D-nanosheets met hoge dichtheid (figuur 1d) met de genetwerkte morfologie, duidelijk kunnen worden waargenomen. Na de plasma-ondersteunde selenisatie onder een vermogen van 250 W bij 450 ° C gedurende 1 uur, blijven nanosheetstructuren over zoals weergegeven in figuur 1e. Er zijn echter kleine veranderingen in de morfologie van de individuele nanosheet, waarmee nanokorrels op het oppervlak kunnen worden gevonden in plaats van op het gladde oppervlak na het plasma-geassisteerde selenisatieproces, zoals weergegeven in figuur 1f. De EDS-elementaire afbeeldingsafbeeldingen van Co, Mo en Se op een willekeurig geselecteerde composietvezel, zoals aangetoond in Fig. 1g, bewijzen op degelijke wijze de succesvolle productie van CoMoSe₄ op het koolstofdoek met de uniforme verdeling rond de individuele vezel. Zonder de plasma-ondersteunde behandeling zal de CoMoO₄ kan niet volledig worden omgezet in CoMoSe₄ onder identieke omstandigheden (250 W en 450 °C) zoals weergegeven in Aanvullend bestand 1:Figuur S2a. Deze karakteristieke resonantiemodi van CoMoO₄ nog steeds behouden na het selenisatieproces zonder de plasma-geassisteerde behandeling (blauwe curve in aanvullend bestand 1:figuur S2a) terwijl de zwarte curve in aanvullend bestand 1:figuur S2a representeert karakteristieke resonantiemodi van CoMoO₄ . Het is duidelijk te verwachten dat de uit Se-atomen geïoniseerde Se-radicalen door plasma-geassisteerde behandeling de chemische reactie tussen Co, Mo en Se kunnen versnellen om CoMoSe₄ te vormen. bij de lagere selenisatietemperatuur.

Schematisch diagram van de fabricageprocessen van 3D CoMoSe₄ @C door de hydrothermische reactie (a₁ ) en gevolgd door het plasma-ondersteunde selenisatieproces (a₂ )

SEM-afbeeldingen van a pure koolstofdoek, b , c , d CoMoO₄ @C, en e , v CoMoSe₄ @C in verschillende vergrotingen. g EDS elementaire toewijzingen van CoMoSe₄ @C

Bovendien demonstreren TEM-resultaten ook de nanosheet-morfologie in de zoals voorbereide CoMoO₄ zoals weergegeven in Fig. 2a, wat consistent is met SEM-afbeeldingen. Daarnaast is een polykristallijn kenmerk te vinden in een CoMoO₄ nanosheet waar kleine eenkristallen goed kunnen worden herkend door een TEM-beeld met hoge resolutie, zoals weergegeven in Fig. 1b, c. Zoals weergegeven in figuur 1c, kunnen roosterranden met een afstand van ongeveer 0,157 nm en 0,335 nm worden gemeten, wat kan worden geïndexeerd met de kristalvlakken van (024) en (002), wat de fase van CoMoO_{4 bevestigt} . Om het faseverschil tussen CoMoO₄ . verder te bevestigen en CoMoSe₄ , Raman-resultaten werden gemeten zoals weergegeven in aanvullend bestand 1:figuur S2b. Vóór het plasma-geassisteerde selenisatieproces waren de karakteristieke resonantiemodi op 330, 817 en 930 cm⁻¹ worden gemeten om de vorming van de CoMoO₄ . goed te bevestigen fase (zwarte curve in aanvullend bestand 1:figuur S2b) [44, 45]. Er kunnen echter significante veranderingen in de corresponderende resonantiemodi worden gevonden in de Raman-spectra voor en na het plasma-geassisteerde selenisatieproces op de CoMoO₄ @C, waarmee de resonantiemodus op 168 cm⁻¹ afkomstig van CoSe₂ [46], en typisch MoSe₂ functies met E¹ _2g en A_1g modi op 233 en 280 cm⁻¹ de productie van CoMoSe₄ . geverifieerd (rode curve in aanvullend bestand 1:figuur S2b) [47]. De CoMoO₄ en CoMoSe₄ fasen kunnen ook worden aangetoond door XRD-spectra zoals weergegeven in Aanvullend bestand 1:Afbeelding S3 waar monoklinische CoMoO₄ (JCPDS nr. 21-0868), orthorhombische CoSe₂ (JCPDS No. 53-0449), en zeshoekige MoSe₂ nanokristallen (JCPDS nr. 29-0914) respectievelijk werden bevestigd. Bovendien kan de uniforme verdeling van Co-, Mo- en O-elementen door de nanosheet worden bevestigd door EDS-elementaire afbeeldingsafbeeldingen zoals weergegeven in Fig. 2d, wat de homogene synthese van de CoMoO₄ aangeeft. na het hydrothermische proces. De as-selenized CoMoSe₄ @C behield de nanosheetstructuur, waarbij de polykristalliniteit werd weergegeven zoals weergegeven in Fig. 2e, f en gekenmerkt door Raman- en XRD-metingen (aanvullend bestand 1:Figuren S2b en S3). Het TEM-beeld met hoge resolutie zoals weergegeven in Fig. 2g vertoont goed herkende roosterranden gescheiden door ~ -0,27 en ~ -0,65 nm, overeenkomend met (110) en (002) kristalvlakken van CoSe₂ en MoSe₂ , respectievelijk, het bevestigen van het succesvolle plasma-geassisteerde selenisatieproces om de CoMoSe₄ te vormen . Evenzo kan de homogene transformatie worden geclaimd met de uniforme verdeling van Co-, Mo- en Se-elementen binnen de CoMoSe₄ nanosheets zoals weergegeven in Afb. 2h.

een Een TEM-afbeelding van CoMoO₄ nanoblad. b , c HRTEM-beelden van de CoMoO₄ nanosheet in verschillende vergrotingen. d De overeenkomstige EELS-elementtoewijzingen van CoMoO₄ nanoblad. e Een TEM-afbeelding van CoMoSe₄ nanoblad. v , g HRTEM-afbeelding van de CoMoSe₄ nanosheet in verschillende vergrotingen. u De overeenkomstige EELS-elementtoewijzingen van CoMoSe₄ nanoblad

Om de chemische samenstelling van de geseleniseerde CoMoSe₄ . te onderzoeken , XPS-metingen werden uitgevoerd in de CoMoSe₄ @C composiet, waarmee alleen Co-, Mo-, Se-, C- en O-elementen kunnen worden geïdentificeerd binnen de instrumentele limiet zoals weergegeven in Fig. 3a. Verdere smalscan-spectra van Co 2p-, Mo 3d- en Se 3d-orbitalen in zowel onbewerkte gegevens als aangepaste curven werden uiteengezet in Fig. 3b-d. De 2p-orbitaalgerelateerde piek van het Co-element splitst zich in goed gedefinieerde 2p_3/2 en 2p_1/2 pieken bij 778,37 en 793,92 eV (Fig. 3b), wat suggereert dat Co bestaat in de vorm van Co²⁺ , en hun satellietpieken gemarkeerd als "Sat". verscheen op respectievelijk 780,37 en 783,52 eV [48, 49]. Twee pieken bij 232,25 en 229,53 eV (Fig. 3c) komen overeen met Mo 3d_3/2 en Mo 3d_5/2 , wat aangeeft dat Mo zich in de Mo (IV) toestand bevindt [50, 51]. Bovendien kunnen pieken die zich op 54,59 en 55,46 eV bevinden in zowel onbewerkte gegevens als aangepaste curven goed worden opgelost overeenkomstig de Se 3d_5/2 en Se 3d_3/2 energieën zoals weergegeven in Fig. 3d [36, 52, 53]. Het is duidelijk dat de piek die wordt waargenomen bij 59,64 eV geassocieerd is met SeO_x , die werd gevormd door de oppervlakte-oxidatie van CoMoSe₄ @C tijdens monsterbehandeling [54]. De resultaten van de samenstellingsanalyse laten zien dat de atoomverhouding van Co:Mo:Se ongeveer 1:0,88:3,84 is, wat wijst op de stoichiometrische verhouding van CoMoSe₄ .

een Het breed-scan XPS-spectrum en smal-scan-spectra van b Co2p, c Mo3d en d Se3d in de samenstelling van CoMoSe₄ @C

De natriumopslagprestaties van de CoMoSe₄ @C anode werd geëvalueerd met behulp van halve cellen van het munttype met de niet-geseleniseerde CoMoO₄ @C elektrode voor de vergelijking. Zoals te zien is in de cyclische voltammogram (CV) curven van de CoMoSe₄ @C-elektrode zoals weergegeven in Fig. 4a, kunnen twee pieken bij ~-1,14 en 1,05 V tijdens de eerste kathodische zwaai worden opgelost, overeenkomend met het inbrengproces door Na⁺ ion, terwijl de twee oxidatiepieken rond 1,79 V en 1,86 V gerelateerd zijn aan het extractieproces van de Na⁺ ion. Vanaf de tweede cycli vertonen de CV-curven in deze composiet als het anodemateriaal overlappingen met de volgende cyclus, wat wijst op de goede elektrodestabiliteit. De corresponderende galvanostatische laad-/ontlaadcurven zoals weergegeven in Fig. 4b zijn consistent met de CV-resultaten en tonen de stabiele Na⁺ . aan invoeg-/extractiegedrag binnen de eerste vijf cycli, met uitzondering van enkele onomkeerbare reacties. Opgemerkt moet worden dat de vezelstructuur van het koolstofdoek bijna niets heeft bijgedragen in de hoedanigheid die blijkt uit de fietsmetingen zoals weergegeven in Aanvullend bestand 1:Figuur S4. Voor de vergelijking, CV en laad-/ontlaadcurves van de CoMoO₄ @C-elektrode bij dezelfde gemeten omstandigheden worden weergegeven in Aanvullend bestand 1:Afbeelding S5. Merk op dat de slechte elektrochemische activiteit in de CoMoO₄ @C composiet als de anode voor SIB's kan worden bevestigd. Ongetwijfeld heeft de plasma-geassisteerde selenisatie van CoMoO₄ @C is behoorlijk constructief om geschiktere elektrodematerialen voor natriumopslag te produceren.

een CV-curven van CoMoSe₄ @C bij 0,1 mV s⁻¹ onder 0,5–3 V versus Na/Na⁺ . b Ontlaad-/laadcurven van de CoMoSe₄ @C-elektrode binnen de eerste vijf cycli bij 0,1 A g⁻¹ . c Mogelijkheden van de CoMoSe₄ @C en CoMoO₄ @C-elektroden met verschillende laadsnelheden onder 0,5 tot 3 V met de bijbehorende Coulomb-efficiëntie. d Fietsprestaties van de CoMoSe₄ @C en CoMoO₄ @C-elektroden voor 50 cycli bij 0,5 A g⁻¹

Aanvullend bestand 1:Afbeelding S6 toont de onbewerkte experimentele en aangepaste Nyquist-plots voor CoMoSe₄ @C en CoMoO₄ @C evenals het overeenkomstige equivalente circuit (inset van aanvullend bestand 1:figuur S6). Het is duidelijk dat de fittingresultaten bevestigen dat de ladingsoverdrachtsweerstand (Rct) van CoMoSe₄ @C en CoMoO₄ @C is respectievelijk 19 en 157 Ω. EIS-resultaten onthullen de elektrochemische mechanismen van verbeterde natriumopslagcapaciteit in de CoMoSe₄ @C composietelektrode, waarbij de betere elektrische geleidbaarheid kan worden gekarakteriseerd in de plasma-ondersteunde selenized composiet om de snellere Na⁺ te vergemakkelijken insertie/extractie zelfs bij hoge stroomdichtheden dan die in de CoMoO₄ @C composiet. Bovendien zijn de superieure snelheidsprestaties in de CoMoSe₄ @C-elektrode werd bereikt in vergelijking met de CoMoO₄ @C zoals aangetoond in Fig. 4c, waarbij de stroomdichtheden stapsgewijs toenemen van 0,1 tot 5 A g⁻¹ . Met name een hoge omkeerbare capaciteit van 475 mA h g⁻¹ bij 0,1 A g⁻¹ werd getoond door de CoMoSe₄ @C-elektrode met een contrast van slechts 198 mA h g⁻¹ in de CoMoO₄ @C anode. Aangezien stroomdichtheden stapsgewijs worden verhoogd van 0,1 tot 0,2, 0,5, 1, 2 en 5 A g⁻¹ , omkeerbare capaciteiten in de CoMoSe₄ @C-elektrode gedaald van 475 naar 458, 371, 320, 277 en 230 mA h g⁻¹ , wat wijst op het goede tariefvermogen. Ter vergelijking:de afvoercapaciteiten in de CoMoO₄ @C anode is gedaald van 198 naar 140, 93, 65, 45 en 26 mA h g⁻¹ , respectievelijk. Verder kunnen soortgelijke fenomenen worden gevonden in de fietstestresultaten van de CoMoSe₄ @C en CoMoO₄ @C-elektroden zoals weergegeven in Fig. 4d. De CoMoSe₄ @C vertoonde een betere fietsstabiliteit met een hoge capaciteit van 301 mA h g⁻¹ bij 0,5 A g⁻¹ behouden zelfs na 50 cycli vergeleken met 46 mA h g⁻¹ in de CoMoO₄ @C elektrode. Vergeleken met de eerder gerapporteerde anodematerialen (Tabel 1), CoMoSe₄ @C composietelektrode vertoont aanzienlijke omkeerbare capaciteit en snelheidsprestaties, dus CoMoSe₄ @C composiet kan worden gebruikt als potentiaal elektrodemateriaal voor SIB's.

Conclusies

Een gemakkelijke benadering om een binair overgangsmetaalselenide te bereiden om als anodemateriaal in SIB's te dienen, werd aangetoond via het plasma-geassisteerde selenisatieproces van een binair overgangsmetaaloxide. In dit werk, driedimensionale (3D) CoMoSe₄ nanosheets op netwerkvezels van een koolstofdoek aangeduid als CoMoSe₄ @C rechtstreeks geconverteerd vanuit CoMoO₄ nanosheets bereid door een hydrothermisch proces op netwerkvezels van een koolstofdoek door de plasma-ondersteunde selenisatie als de anode voor SIB's werden voor het eerst gedemonstreerd. Een grote opslag van natriumionen van 475 mA h g⁻¹ bij 0,1 A g⁻¹ kan worden gegenereerd uit de plasma-ondersteunde selenized composietelektrode met een capaciteitsbehoud van meer dan 80%, zelfs na 50 cycli, terwijl de ontladingscapaciteit van 230 mA h g⁻¹ kan nog steeds worden verkregen, zelfs bij 5 A g⁻¹ . Uitstekende Na-ion-opslagmogelijkheden profiteren van de goed ontwikkelde nanostructuur en goede elektrische geleidbaarheid. Het werk benadrukt de veelbelovende toepassing van binaire overgangsmetaalseleniden als elektrodematerialen in SIB's en de eenvoudige synthesemethode die kan worden gebruikt bij de productie van andere bimetaalseleniden voor een verscheidenheid aan toepassingen, zoals het aandrijven van duurzame voertuigen en draagbare energieopslagapparaten.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Alle gegevens die tijdens dit onderzoek zijn gegenereerd of geanalyseerd, zijn opgenomen in dit gepubliceerde artikel en de aanvullende informatiebestanden.