Chem. Asian J. :TEMPO氧化纳米纤维素辅助剥离MoS2/石墨烯制备柔性纸电极

近日,上海大学冯欣团队在前期纳米纤维素研究的基础上,采用TEMPO氧化的纳米纤维素(ONFC)作为一种有效的分散剂,液相超声法剥离MoS2和石墨烯的混合物,获得了少层或单层的MoS2纳米片和石墨烯的混合分散液。进而,与碳纳米管(CNTs)复合构筑一维/二维互穿异质体的导电网络结构,经过脱水之后获得独立自支撑的柔性MoS2/石墨烯/ONFC/CNTs(MGOC)复合膜,直接作为锂离子电池阳极,无需使用任何有机氟基粘合剂和传统的铜/铝集流体。该方法绿色环保,条件温和,所获得的柔性纸电极可为下一代柔性可穿戴电子设备提供能量存储。

二硫化钼(MoS2)是典型的二维过渡金属材料,其层状结构能够为锂离子提供存储空间,是一种理想的锂离子电池电极材料。然而,由于块状MoS2的低电导性以及层状空间难以有效利用等原因,阻碍了其应用和发展。已有报道表明,MoS2的电子导电性与其厚度有关,制备少层或单层的MoS2纳米片能够显著提高其导电性,与导电碳材料复合也有助于提高其电荷存储能力。然而,此类方法普遍存在制备工艺复杂,对设备要求高,产率低、成本高等问题,寻找温和简易、环境友好、易于产业化的方法仍然是研究的挑战。

近日,上海大学冯欣团队在前期纳米纤维素研究的基础上,采用TEMPO氧化的纳米纤维素(ONFC)作为一种有效的分散剂,液相超声法剥离MoS2和石墨烯的混合物,获得了少层或单层的MoS2纳米片和石墨烯的混合分散液。进而,与碳纳米管(CNTs)复合构筑一维/二维互穿异质体的导电网络结构,经过脱水之后获得独立自支撑的柔性MoS2/石墨烯/ONFC/CNTs(MGOC)复合膜,直接作为锂离子电池阳极,无需使用任何有机氟基粘合剂和传统的铜/铝集流体。该方法绿色环保,条件温和,所获得的柔性纸电极可为下一代柔性可穿戴电子设备提供能量存储。

Chem. Asian J. :TEMPO氧化纳米纤维素辅助剥离MoS2/石墨烯制备柔性纸电极

ONFC辅助剥离MoS2/石墨烯,柔性MGOC复合纸电极的组装过程示意图

ONFC表面带有丰富的负电荷,可以很容易地吸附在MoS2纳米片的表面和层间,利用静电排斥和空间位阻作用阻碍剥离的纳米片的进一步堆积团聚,提高剥离效率。在柔性纸电极中,ONFC形成交织网络结构,可以有效抵抗大变形引起的内应力,赋予纸电极优异的机械柔韧性。导电的CNTs/石墨烯网络作为体积集流体,提高了纸电极的导电性;纸电极的层状多孔结构可以增大与电解液的接触面积,缩短锂离子迁移路径,缓冲反复充放电过程中MoS2的体积改变,从而有效地提高纸电极的循环稳定性和倍率性能。

论文信息

TEMPO-Oxidized Nanofibrillated Cellulose Assisted Exfoliation of MoS2/Graphene Composites for Flexible Paper-Anodes

Shaomei Cao, Panpan Liu, Miao Miao, Jianhui Fang, Xin Feng

Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202200257

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