近年来，随着锂矿价格不断上涨，钠离子电池因其原料资源丰富、生产成本低廉等优势而备受关注，被认为是锂离子电池的潜在替代品。为进一步降低钠离子电池的生产成本并提升其储能性能，我院雷水金教授课题组对新兴二维金属磷硫化合物作为钠离子电池负极材料进行深入研究，并取得系列研究成果。

二维金属磷硫化合物的制备通常依赖于耗时且繁琐的固相反应方法，这在一定程度上限制了其进一步发展与应用。为克服这一瓶颈，课题组提出并采用了一种简便高效的化学气相沉积法，显著缩短了制备时间并降低了能耗。他们以In2S3为前驱体，采用P/S混合粉末作为气体源，成功制备了二维In2P3S9材料。该化合物首次被应用于钠离子电池负极材料，并表现出卓越的钠存储性能。相关研究成果在国际著名期刊Journal of Energy Chemistry（中国科技期刊卓越行动计划重点期刊）（IF=14.0，一区）上发表。

由于纯金属磷硫化合物材料存在低电导率和易粉碎等缺陷，导致其倍率性能和循环稳定性较差，限制了其在实际应用中的潜力。因此，采用适当的改性策略以提升其储能性能具有重要的研究意义。实践证明，与导电基底复合是提升二次电池材料电化学性能的常用策略。课题组通过路易斯熔融盐刻蚀法，结合同步磷硫化策略，成功制备了一系列金属磷硫化合物（FePS3、NiPS3、CdPS3、CoPS）/MXene复合材料，这些复合材料的电导率得到了大大提升，且表现出显著增强的电化学性能。相关研究成果发表于国际著名期刊Advanced Functional Materials（IF=18.5，一区）。

此外，课题组还通过这一复合策略成功制备了SnPS3/MXene钠电负极，充分利用SnPS3独特的同步转化-合金化反应机制以及Ti3C2Tx基底优异的导电性和结构稳固性，展现了出色的钠存储能力。相关研究工作成果已发表于国际著名期刊Journal of Energy Chemistry（中国科技期刊卓越行动计划重点期刊）（IF=14.0，一区）。

为了充分提高材料的利用率，课题组通过对间苯二酚-甲醛包覆Sn-MOF进行同步碳化-磷硫化处理，合理设计了碳层包覆多孔SnPS3立方体的新颖结构（SnPS3@C）。研究结果显示，所得SnPS3@C材料相比于纯SnPS3材料具有明显的优越性：一方面，多孔结构保证了电解质的快速扩散和电子/Na+离子的转移；另一方面，碳壳和MOFs衍生碳骨架可以在保持结构稳定性的同时增强电子导电性。因此，SnPS3@C负极实现了材料的高比容量和长循环稳定性，相关研究工作成果已在国际著名期刊Small（IF=13.0，一区）上发表。

另外，课题组还以Mn甘油小球为前驱体，经过磷硫化处理，利用柯肯达尔效应，成功合成了具有阵列结构的MnPS3中空纳米球。作为钠电负极，这种材料显著提升了钠存储能力。相关研究成果已在国际经典能源期刊Journal of Power Sources（IF=8.1，二区）上发表。

尽管上述改性方法在提升金属磷硫化合物钠电性能方面取得了进展，但它们难以同时增强材料的电导率和利用率。为解决这一难题，课题组采用插层化学技术，成功合成了有机阳离子插层的二维层状MnPS3化合物。通过这一策略，这些插层化合物的层间距显著增大，从而实现了电导率和层间利用率的双重提升，并显著提高了其储钠性能。相关研究成果已发表于国际著名期刊Chemical Engineering Journal（IF=13.3，一区）。

论文链接：

1. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.11.003

2. https://doi.org/10.1002/adfm.202407740

3. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.07.029

4. https://doi.org/10.1002/smll.202405262

5. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234990

6. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148370