近日，我院2020级硕士研究生兰博以第一作者身份在国际碳材料顶级期刊《CARBON》上发表题名为“Constructing highly stable lithium storage materials by improving the bond strength of MoS₂ to graphene via chitosan”的高水平学术论文，我校为论文第一署名单位，材料科学与工程学院张学谦老师与王依山老师为论文共同通讯作者。

MoS₂因其二维层状结构和较大的理论比容量而被认为是一种很有前途的锂离子电池（LIBs）替代负极。然而，MoS₂的低电导率和较差的结构稳定性限制了其实际应用。目前，复合导电碳基质是改善上述缺陷、提高MoS₂电极整体电化学性能的最有效策略。石墨烯具有优异的导电性和二维层状结构，与MoS₂结构相匹配，有效地避免了循环过程中材料剥落导致的容量衰减。但是由于MoS₂/石墨烯复合材料通常是由MoO₄^2-和氧化石墨(GO)合成，而MoO₄^2-和GO表面的含氧官能团均带负电荷，MoO₄^2-容易团聚，不能均匀分布在GO表面，导致结构稳定性较差，不利于循环稳定性。因此，需要一种带正电荷的材料在MoO₄^2-和GO之间起到“桥梁”作用，从而减少MoS₂的团聚，增强结合强度，改善电化学性能。

图1 (a) MoS₂/C@G合成示意图，(b) 合成过程的光学图像

科研人员采用简单的壳聚糖辅助自组装策略成功合成了具有3D多孔杂化纳米片结构的MoS₂/C@G。利用带正电的壳聚糖可以有效地将层状MoS₂与N掺杂石墨烯键合，构建层状三明治状结构，保证了合成的少层MoS₂纳米片在石墨烯片层之间的均匀、非团聚分布，有利于离子的运输，并缓解MoS₂的体积膨胀（图2）。此外，MoS₂和石墨烯之间的强键使这两种成分紧密结合，大大提高了电子传导性，保证了结构稳定性。基于独特的结构优势，MoS₂/C@G作为 LIBs电极表现出高可逆容量，优异的倍率性能和循环稳定性（图3）。在0.5 A g^-1的高电流密度下，经过1000次超长循环后放电容量为667.7 mAh g^-1，并且没有明显的容量衰减。该方法也为制备高性能石墨烯复合负极材料提供了广阔的前景。

图2 (a-b) MoS₂、(c-d) MoS₂/G、(e-f) MoS₂/C@G 样品的SEM图像

图3 MoS₂、MoS₂/G和MoS₂/C@G的电化学性能对比

据悉，《CARBON》是Elsevier出版社发行的老牌权威期刊，中科院SCI一区收录杂志，旨在交流碳材料和碳纳米材料领域的科学进展，是材料科学研究领域的顶级跨学科学术期刊，最新即时影响因子为11.221。本项研究工作同时得到了山东省自然科学基金，中国博士后科学基金和淄博市校城融合基金等项目的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622322001853