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二硫化鉬（MoS₂）是典型的二維過渡金屬材料，其層狀結(jié)構(gòu)能夠為鋰離子提供存儲空間，是一種理想的鋰離子電池電極材料。然而，由于塊狀MoS₂的低電導(dǎo)性以及層狀空間難以有效利用等原因，阻礙了其應(yīng)用和發(fā)展。已有報道表明，MoS₂的電子導(dǎo)電性與其厚度有關(guān)，制備少層或單層的MoS₂納米片能夠顯著提高其導(dǎo)電性，與導(dǎo)電碳材料復(fù)合也有助于提高其電荷存儲能力。然而，此類方法普遍存在制備工藝復(fù)雜，對設(shè)備要求高，產(chǎn)率低、成本高等問題，尋找溫和簡易、環(huán)境友好、易于產(chǎn)業(yè)化的方法仍然是研究的挑戰(zhàn)。

近日，上海大學(xué)馮欣團隊在前期納米纖維素研究的基礎(chǔ)上，采用TEMPO氧化的納米纖維素（ONFC）作為一種有效的分散劑，液相超聲法剝離MoS₂和石墨烯的混合物，獲得了少層或單層的MoS₂納米片和石墨烯的混合分散液。進而，與碳納米管（CNTs）復(fù)合構(gòu)筑一維/二維互穿異質(zhì)體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過脫水之后獲得獨立自支撐的柔性MoS₂/石墨烯/ONFC/CNTs（MGOC）復(fù)合膜，直接作為鋰離子電池陽極，無需使用任何有機氟基粘合劑和傳統(tǒng)的銅/鋁集流體。該方法綠色環(huán)保，條件溫和，所獲得的柔性紙電極可為下一代柔性可穿戴電子設(shè)備提供能量存儲。

ONFC輔助剝離MoS₂/石墨烯，柔性MGOC復(fù)合紙電極的組裝過程示意圖

ONFC表面帶有豐富的負電荷，可以很容易地吸附在MoS₂納米片的表面和層間，利用靜電排斥和空間位阻作用阻礙剝離的納米片的進一步堆積團聚，提高剝離效率。在柔性紙電極中，ONFC形成交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效抵抗大變形引起的內(nèi)應(yīng)力，賦予紙電極優(yōu)異的機械柔韌性。導(dǎo)電的CNTs/石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為體積集流體，提高了紙電極的導(dǎo)電性；紙電極的層狀多孔結(jié)構(gòu)可以增大與電解液的接觸面積，縮短鋰離子遷移路徑，緩沖反復(fù)充放電過程中MoS₂的體積改變，從而有效地提高紙電極的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

論文信息

TEMPO-Oxidized Nanofibrillated Cellulose Assisted Exfoliation of MoS₂/Graphene Composites for Flexible Paper-Anodes

Shaomei Cao, Panpan Liu, Miao Miao, Jianhui Fang, Xin Feng

Chemistry – An Asian Journal

DOI:?10.1002/asia.202200257

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