二硫化钼纳米片-两个硫原子之间夹杂一个钼原子，形成“三明治”状。根据堪萨斯州立大学机械与核工程系的助理教授Gurpreet Singh的最新报道，它或许能提高可充电锂电池的性能。版权所有：堪萨斯州立大学

堪萨斯州立大学机械工程学院的研究表明，提高手机及其他可充电电子产品性能的关键或许在于由纳米片制成的小小的“三明治”中。

机械与核工程系的助理教授Gurpreet Singh和他的研究团队正在改善锂离子电池的可充电性。该团队一直致力于锂离子电池中二硫化钼纳米片（MoS2）的电化学循环。Singh把这种两个硫原子之间夹杂一个钼原子的结构称之为“三明治”。

该团队的最新研究表明，用硅碳氮化物包裹的二硫化钼纳米片做电极可以提高电池稳定性，减少电量衰减。

上述研究内容以“高分子衍生陶瓷功能化的二硫化钼复合片可作为一种稳定的锂离子电池电极”（ Polymer-Derived Ceramic Functionalized MoS2 Composite Paper as a Stable Lithium-Ion Battery Electrode）为题，发表在自然（Nature）杂志中的科学报道版。其他堪萨斯州立大学的研究人员也包含其中：Lamuel David，机械工程系博士研究生，来自印度；Uriel Barrera，机械工程系博士研究生；Olathe和Romil Bhandavat，机械工程系2013级博士后。

在这篇文章中，Singh的团队发现这种二硫化钼片与之前所报道的二硫化钼片相比，锂离子容量能提高两倍之多，但是这种二硫化钼片的高锂离子储蓄能力并不能持续很长，经过大约5个循环之后，锂离子电量就会下降。

“这种现象有点类似于以硫为电极的锂硫电池”，Singh说。“大家都知道，硫在电池中的有机电解质中会形成中间硫化物，而这些溶解在电解质中的硫化产物会造成电量的衰减。我们认为二硫化钼片中的电量衰减也是由于这个原因。”

为了减少硫在电解质中的损失，研究人员在二硫化钼片外面包裹了一层硅碳氮化物（SiCN）陶瓷。Singh表示，这种硅碳氮化物是通过加热液体的硅基高分子从而得到的一种耐高温陶瓷材料，这种材料在液体电解质中具有优异的耐化学性能。

“无论是在传统电池的铜箔上还是在自支撑的柔性锂离子电池中，这种包裹后的二硫化钼片电极均显示出稳定的循环性能。”Singh说道。

研究团队还在反应之后将电池拆卸，用电子显微镜观察。观察结果证明硅碳氮化物的存在使得电极在电解质中免受机械以及化学作用的降解。

Singh和他的研究团队接下来想了解这种二硫化钼片在日常的电子设备例如手机（可重复充电上百次）中将如何运作。研究人员将继续测试并分析这些二硫化钼片的充电循环数据，从而找到更好的提高电池的可重复充电性的方法。

Singh团队的其他研究成果也可能有助于改善那些用在航空及国防领域的高温涂层的性能。工程师们研发出一种涂层材料，该种涂料能在苛刻条件如涡轮叶片或极度高温的情况下保护电极。

这项研究成果发表在物理化学（Physical Chemistry）杂志上。研究结果表明当硅碳氮化物和硼氮纳米片相结合时会显示出较强的耐高温性和导电性。此外，这种硅碳氮化物/硼氮纳米片也是更好的电极材料，Singh说。

“这是比较让人惊异的，因为硅碳氮化物和硼氮化合物均是绝缘的，而且几乎都不具有可逆储存锂离子的能力”，Singh说道，“进一步的分析表明，电导率的提高是由于在硅碳氮化物陶瓷相内部形成了一种“游离碳”的碳原子渗流网络。这种现象只有当硼氮纳米片在硅碳氮化物的前驱体即液体的高分子相固化之前加入时才能形成。”

这两项研究均受到国家自然基金的资助。

新材料在线编译整理——翻译：李湖燕    校正：摩天轮