钠-硫（Na-S）电池具有质量负荷低、倍率性能差、循环性能差等缺点，严重制约了其实际应用。

近日，中南大学刘芳洋教授，南京信息工程大学李敬发教授，澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授报道了采用改性喷雾干燥和退火的方法制备了N掺杂的Ti₃C₂T_x MXene@多壁碳纳米管多孔微球（N-MXene@MWCNT-MP）。

文章要点

1）传统的喷雾干燥工艺需要额外的胶粘剂（如生物胶粘剂或聚合物胶粘剂）来保证球化的良好质量。特别是，在裸Ti3C2Tx Mxene（裸Mxene）悬浮液中很难形成微球。基于此，研究人员在优化的喷雾干燥工艺中引入了一定量的多壁碳纳米管（MWCNT）到前驱体悬浮液中。Ti₃C₂T_x MXene胶体悬浮体与MWCNTs悬浮体在充分的超声和搅拌下混合。将制备好的MXene@MWCNT悬浮液送入喷雾干燥机，得到MXene@MWCNT-MP微球。将获得的材料与尿素混合，转移到管式炉中，在氮气保护下，600 ℃退火3 h，获得了N-MXene@MWCNT-MP。

2）Ti₃C₂T_x MXene和MWCNTs均匀自组装成多孔微球。在喷雾干燥过程中，MWCNT起到了有效的空间载体和粘结剂的作用。所制备的NMXene@MWCNT-MP样品具有多孔结构和均匀的孔隙率，可实现5.5 mg cm^-2的高硫负载量。此外，MXene纳米片层的再堆积被抑制，从而充分利用了N掺杂的Ti₃C₂T_x MXene表面。

3）这种多孔氮掺杂Ti₃C₂T_x MXene微球具有丰富的孔结构和杂原子官能团，可用于多硫化钠的结构和化学协同包覆。基于N-MXene@MWCNT-MP正极的Na-S电池表现出优异的电化学性能，包括高可逆容量（980 mAh g⁻¹，0.5C倍率）和延长的循环稳定性（5.5 mg cm⁻²的高硫面负载量下，1000次循环后，容量达到450.1 mAh g⁻¹）。

这种Mxene基杂化材料是一种很有前途的硫正极主体材料，使得开发高性能Na−S电池成为可能。

参考文献

Weizhai Bao, et al, Porous Heteroatom-Doped Ti₃C₂T_x MXene Microspheres Enable Strong Adsorption of Sodium Polysulfides for Long-Life Room-Temperature Sodium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c05193

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05193