陈玉金&赵赢营&朱春玲&侴术雷Angew.：TiO2@MoS2@NC多重异质结构用于光驱动Na+存储！

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研究内容

由于物联网、智能城市和自主集成设备的快速发展，目前对离网储能系统的需求正在显著增长。光伏系统（PVs）在这方面具有很大的前景，并已被用于上述领域。然而，最新的PVs应该与电化学存储系统（ESS）相结合，以缓解太阳能的间歇性和不稳定性质。因此，开发双功能光电极来获取和储存太阳能是实现可再生能源利用的一种具有挑战性但有效的方式。

哈尔滨工程大学陈玉金教授、赵赢营博士、朱春玲博士和温州大学侴术雷教授设计了由具有光电转换和电子转移界面的管状TiO₂支撑的N掺杂碳（NC）涂覆MoS₂纳米片组成的多重异质结构（TiO₂@MoS₂ HSs@NC）。基于TiO₂@MoS₂HSs@NC异质结构组装的光钠离子电池（光SIBs）容量增加到399.3 mAh g^-1，在2.0 A g^-1下从暗到可见光的转换效率高达0.71%。相关工作以“Dual-Functional Z-Scheme TiO₂@MoS₂@NC Multi-Heterostructures for Photo-Driving Ultrafast Sodium Ion Storage”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 作者使用原子层沉积（ALD）在MoO₃纳米棒上构建超薄TiO₂层，然后通过阴离子交换转化为锚定在管状TiO₂柱上的MoS₂纳米片，最后通过在表面涂覆PPy层，进一步退火制备了TiO₂@MoS₂ HSs@NC多重异质结构催化剂。

要点2. 多异质结构显著改善了钠离子存储动力学，并促进了光激发载流子的分离。TiO₂柱和NC涂层在重复的钠化/解吸过程中提供了高的结构刚度和韧性。同时，NC提高了Na⁺的电导率和动力学性质。因此，TiO₂@MoS₂HSs@NC表现出加速的钠离子存储和卓越的循环性能。

要点3. TiO₂@MoS₂HSs@NC作为光可再充电钠离子电池（光-SIBs）中的双功能光电极，在0.2 A g^-1的光照下，可将钠离子存储量从525.2 mAh g^-1大幅提高到650.4 mAh g^-1，在2.0 A g^-1的光辅助充电下，可实现0.71%的卓越光电转换效率。当光-SIBs仅通过1个太阳光充电时，可以获得0.94 V的高充电电压和231.4 mAh g^-1的理想放电容量。

该工作表明，开发具有双功能光电极的光电电池是可行的，这将引起未来离网系统的极大兴趣。

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研究图文

图1.（a）TiO₂@MoS₂ vs Na/Na⁺的能级图和电荷载流子转移。（b）Z-scheme TiO₂@MoS₂ HSs@NC多重异质结构的内置电场。（c）在太阳光照下，光-SIBs中的光生电子和空穴的电荷转移。（d）TiO₂@MoS₂ HSs@NC的合成图。

图2. 形态和结构特征。

图3. 半电池/全电池的钠离子存储性能。

图4. 钠储存动力学和结构稳定性分析。

图5. 光-SIBs在黑暗和照明状态下的光学灵敏度和电化学性能。

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文献详情

Dual-Functional Z-Scheme TiO₂@MoS₂@NC Multi-Heterostructures for Photo-Driving Ultrafast Sodium Ion Storage

Jinhang Li, Yuqiang Zhang, Yiyang Mao, Yingying Zhao,* Dongxiao Kan, Kai Zhu, Shulei Chou,* Xitian Zhang, Chunling Zhu,* Jing Ren, Yujin Chen*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202303056