黄富强团队在新型一维纳米线合成及钠离子存储上取得新进展

近日，上海交通大学材料科学与工程学院黄富强团队与中国科学院上海硅酸盐研究所合作，在钠离子电池负极材料领域取得新进展，相关研究成果以“Ultralong K0.5Mn0.75PS3 Nanowires Tailored by K-Ion Scissors for Extraordinary Sodium-Ion Storage”为题在线发表在Advanced Materials上（DOI：10.1002/adma.202408963），上海交通大学为论文第一完成单位。该论文第一作者为硕士生涂雪洋、博士生徐恒越与硕士生潘友探。通讯作者为上海交通大学黄富强教授、上海交通大学方裕强副研究员及中国科学院上海硅酸盐研究所毕辉研究员。该研究得到了国家自然科学基金、海市科学技术委员会等的资助与支持。

1D层状纳米线由于其高效的电子/离子传输和应变/应力弛豫而有望成为优良的电极材料。自下而上的纳米线合成方法成本相对较高，工艺复杂。相比之下，自上而下的合成路线是实现纳米线经济且规模制备的主要策略。然而，较弱的层间vdW力和较强的层内化学键合使2D vdW材料自上而下转化为1D层状纳米线面临挑战，其关键在于选择适当的工具来打破层内键合。

基于此，上海交通大学黄富强教授提出了一种“K+化学剪刀”来打破层内Mn-S键实现层状MnPS3块体向K0.5Mn0.75PS3纳米线的转变。具体而言，K+插入MnPS3层间，使MnPS3块体弯曲膨胀，呈手风琴状。在弯曲应力驱动下，K+剪刀定向裁剪Mn-S键，导致纳米片分裂成纳米线。基于该方法获得的K0.5Mn0.75PS3纳米线具有增大的层间距（9.32 Å vs 6.48 Å），增强的电子电导率（8.17 × 10−5 S m−1 vs 4.47 × 10−10 S m−1）与超高的离子电导率（2.14 mS cm−1）。

研究者将K0.5Mn0.75PS3纳米线应用于钠离子电池负极，在0.5 C下表现出709 mAh g−1的高容量，在高倍率10 A g-1下可保持403 mAh g−1的容量。此外，K0.5Mn0.75PS3纳米线还表现出极优的循环稳定性，在高倍率10 A g-1大电流下，可稳定循环超2500次。原位表征表明K0.5Mn0.75PS3纳米线在钠嵌脱过程中具有高度可逆的氧化还原，具有准插入型储钠机制。这项工作扩展了自上而下的合成方法，为具有出色电化学性能的纳米线的规模制造提供了新的见解。