硫化鎳（NiS2）通常被認為是合適的陽極材料用於構築新型鉀離子電池（PIBs），然而在嵌鉀/脫鉀期間，其電導率差和體積變化大嚴重阻礙了NiS2的發展及應用。這裡，通過原位硫化和自組裝過程，構建了NiS2納米顆粒支撐於三維氧化石墨烯上（NiS2/3DGO）電極。該NiS2/3DGO具有高的可逆電容量（391 mAh g-1）和出色的倍率特性（在1000 mA g-1電流密度下可穩定地循環測試）。此外，原位XRD和非原位Raman測試結果證明了部分NiS2相轉變為KxNiS2中間體的可逆過程，然後生成Ni和K2S4產物。這是由於在初始循環期間NiS2納米晶體轉換時伴隨著一種無定形相轉變。這樣的理解為金屬硫化物的應用開闢了新思路，併為設計結構穩定的新電極材料提供了指引方向。
Figure 1. 合成製備NiS2/3DGO和NiS2 MF的示意圖以及3DGO在NiS2上的穩定效應。
Figure 2.（a）NiS2/3DGO，NiS2 MF和3DGO的XRD圖比較，（b）NiS2/3DGO和3DGO的拉曼光譜，（c-d）NiS2/3DGO的SEM圖,(e-f）NiS2/3DGO的TEM和HRTEM圖,(g-k）NiS2/3DGO的SEM圖和相應的元素分佈情況。
Figure 3. （a）NiS2/3DGO在最初四圈時的CV測試結，（b）NiS2/3DGO在50 mA g-1電流密度時的恆電流放電/充電曲線，（c）NiS2/3DGO和NiS2 MF在100 mA g-1時的循環性能測試，（d）NiS2/3DGO的倍率性能，（e）NiS2/3DGO在1000 mA g-1電流密度下的長期循環穩定性。
Figure 4.（a）NiS2/3DGO在不同掃速下的CV曲線，（b）log（i）與log（v）的線性關係，（c-d）電容容量和擴散限制的容量在不同掃速下的貢獻百分比。
Figure 5. （a）NiS2/3DGO在第一個循環時的原位XRD結果，（b）NiS2/3DGO在不同放電/充電狀態時的非原位拉曼光譜，（c）鉀儲存機制的示意圖。
該研究工作由武漢理工大學麥立強課題組於2020年發表在Nanoscale期刊上。原文：Three-Dimensional Graphene-Supported Nickel Disulfide Nanoparticles Promise Stable and Fast Potassium Storage。
文章來源：石墨烯雜誌
