锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）由于其引人注目的特性（如长寿命和高能量密度）而成为有前途的储能设备。然而，当今的LIB和SIB在安全性，成本和使用寿命方面仍面临一些挑战。硫化钴（CoS₂）由于其理论容量高且易于使用而成为有前途的电极材料。然而，相对于实际应用，CoS₂在充电和放电过程中容易粉碎。通过将纳米级的CoS₂颗粒与杂原子掺杂的碳基体结合，来增强其电化学性能。近日，香港城市大学的Denis Y. W. Yu和Andrey L. Rogach介绍了一种CoS₂/C/C复合材料（装饰有N掺杂碳层并进行硫化的CoS₂纳米颗粒）。该CoS₂/C/C纳米复合材料表现出卓越的储能性能，它优于大多数现有的CoS₂复合材料，并且是所有MOF衍生的LiB和SIB的CoS₂负极中最好的一种。

文章要点：

1）首先合成Co(IPC)·H₂O(IPC：4-(咪唑-1-基）邻苯二甲酸）单晶块状MOF材料，采用室温超声辅助法制备了微米尺寸的Co(IPC)·H₂O晶体，该晶体与本体MOF具有相同的晶体结构。以Co(IPC)·H₂O微晶为前驱体，通过直接硫化形成CoS₂ /C复合材料，其中CoS₂纳米颗粒嵌入薄碳层中，该复合材料进一步包裹有源自聚多巴胺的氮掺杂碳层，从而形成了CoS₂/C/C复合材料。

2）研究了LIB和SIB中CoS₂/C和CoS₂/C/C负极的电化学性能。在LIB测试中，CoS₂/C/C负极在0.1 Ag^-1时100次循环后保持1076 mAh g^-1的高可逆比容量，在1 A g^-1时400次循环后保持821 mAh g^-1的高可逆比容量。 10.0 A g^-11时480 mAh g^-1的性能。当用作SIB的阳极时，CoS₂/C/C复合材料还显示出卓越的性能，在100次循环后在0.1 A g^-1时可逆容量为712 mAh g^-1，具有出色的循环稳定性（500次后为652 mAh g^-1速率为1 A g-1时循环充电）和速率性能（10.0 A g^-1时为436 mAh g^-1）。两个电池的CoS₂/C/C电极具有出色的电化学性能。

3）两个电池的CoS₂/C/C电极出色的电化学性能可归因于以下原因。首先，使用纳米级的CoS₂颗粒减少了Li⁺/Na⁺离子转移的扩散长度，从而提高了比容量。其次，源自MOF前驱体和聚多巴胺的N掺杂碳层在CoS₂之间提供了导电网络纳米粒子，从而防止它们的聚集并抑制电解质与电极表面之间的不良副反应。而且，在将N掺杂的碳层包裹在CoS₂/C纳米颗粒周围之后，对容量的高假电容贡献导致CoS₂/C/C电极的速率性能增强。

总的来说，研究介绍了一种新型微米级MOF过渡金属硫化物的合成方法，并促进了过渡金属硫化物作为LIB和SIB电极材料的研究。

Xiao, Fengping,et al, Metal–Organic Framework Derived CoS2 Wrapped with Nitrogen-Doped Carbon for Enhanced Lithium/Sodium Storage Performance, ACS Appl. Mater. Interfaces,2020

DOI: 10.1021/acsami.9b22169

https://doi.org/10.1021/acsami.9b22169