典型金属硫化物的合成及储能特性

能源材料对人类社会的发展有着不可替代的作用，化石燃料的大量使用导致能源枯竭和环境恶化严重，迫使人类寻找可再生、环境友好型能源。因此，开发高效、低成本、大规模能量储存和转化器件尤为重要。
钠离子电池具有成本低、材料丰富、可逆性好、能量密度高等优点，是一种具有广阔前景的大规模电化学储能解决方案。但钠离子电池要想达到与现有锂离子电池相当的性能，还需要在阴极、阳极和电解质材料方面进行重大改进。钠离子电池的一个主要挑战是缺乏良好的负极材料。这一挑战激发了研究者对更广泛的钠离子电池负极材料的探索热情，包括碳质阳极、合金阳极、氧化物、氮化物、硫化物及其他材料。
金属硫化物作为一种重要的半导体材料，因其物种丰富、成本低、化学反应活性高、比容量高等特点被普遍认为是最有前景的电化学能量储存与转换材料。近年来，金属硫化物用作钠离子电池负极的报道屡见不鲜，其有望成为下一代高能量密度、商业化钠离子电池负极材料。但是其在实际应用中也存在一些挑战如结构粉碎、固有导电性差和离子扩散系数小、电极-电解液副反应等问题，针对上述问题，研究者提出的解决方案为通过材料的纳米化以降低粉化程度、与异质原子复合、电解液的优化等。为解决上述问题，本书对常见的金属硫化物进行了纳米结构制备合成、表征及储能特性研究，并尝试提高储能特性的可行途径。
本书由东北大学秦皇岛分校张亚辉副教授撰写，在本书的写作过程中，东北大学秦皇岛分校的罗绍华教授、王庆副教授、刘忻副教授给予了全力帮助，研究生赵丽佳、王俞程、柳荣晖、徐立炯、王丹丹、闫宏洋、王家乐、赵九潼等做了文献搜集、数据整理、图表绘制等工作，在此表示诚挚的感谢。另外，本书的编写还参考了国内外相关研究人员的一些文献资料，在此向作者一并致谢。
本书的研究工作和编写得到河北省电介质与电解质功能材料重点实验室绩效补助经费项目（编号：22567627H）、河北省电介质与电解质功能材料重点实验室运行经费项目（编号：14460109）、河北省自然科学基金—基础研究专项重点项目（编号：E2021501029）的资助，在此表示感谢。
由于作者水平所限，书中不妥之处，请广大读者批评指正。

张亚辉

张亚辉，汉族，1978年出生，河北正定人，现为东北大学秦皇岛分校副教授，硕士生导师，资源与材料学院副院长。
1997-2007年就读于北京航空航天大学材料科学与工程学院，获得学士、博士学位；2007年于东北大学秦皇岛分校任教。主要研究方向为1.无机非金属纳米材料的制备、微结构及性能调控；2.化学储能电池新型材料的制备及改性研究。主持多项国家自然科学基金及省部级项目，河北省"三三三"人才，获得教育部科技进步奖及省科技进步奖等多项奖励。

本书主要采用液相法对常见的过渡金属硫化物如硫化钼、硫化镍、硫化（亚）铜、硫化铅、硫化（亚）铁、硫化锑等进行了可控制备，探索揭示了其组分、合成条件对金属硫化物成分、结构、形貌的影响，并对金属硫化物的微观结构进行了研究；进而探究了金属硫化物纳米结构的电化学储能性能，分析不同组分构成、形貌、尺寸分布等对其储能性能的影响，通过金属硫化物的纳米化及与异质原子的复合探索了提高金属硫化物储能性能的有效途径。
本书可为金属硫化物的合成制备，推动金属硫化物在储能方向的应用发展提供借鉴。

第1章绪论1
1.1引言1
1.2MSs的制备方法3
1.2.1固相合成法3
1.2.2气相合成法3
1.2.3液相合成法4
1.3MSs在钠离子电池中的应用7
1.3.1钠离子电池简介7
1.3.2钠离子电池负极材料研究进展8
1.3.3MSs作为钠离子电池负极材料的研究进展10
1.3.4MSs作为钠离子电池负极时存在的主要问题及解决策略11
本章参考文献13

第2章MoS2的合成、改性及电化学性能研究19
2.1引言19
2.2实验方案19
2.3热处理温度对硫化钼的成分、形貌及性能影响分析21
2.3.1实验结果表征21
2.3.2电化学性能分析25
2.4反应物质量比对硫化钼的成分、形貌及性能影响分析26
2.4.1实验结果表征26
2.4.2电化学性能分析28
2.5性能最优MoS2形貌、合成机理和电化学性能分析29
2.5.1形貌分析29
2.5.2合成机理30
2.5.3电化学性能分析31
2.6硫化钼多孔碳改性、表征和电化学性能分析33
2.6.1实验方案33
2.6.2实验结果表征及电化学性能分析34
2.7本章小结40
本章参考文献40

第3章硫化镍的合成、机理及性能研究43
3.1硫化镍链式管及海胆状结构的合成及机理研究43
3.1.1引言43
3.1.2实验方案45
3.1.3NiS链式管制备及表征47
3.1.4Ni3S2海胆状结构的制备及表征55
3.1.5NiS链式管及Ni3S2海胆状结构的反应及形成机理研究58
3.1.6NiS链式管及Ni3S2海胆状结构的性质研究68
3.1.7小结74
3.2硫化镍的合成、改性及电化学性能研究75
3.2.1引言75
3.2.2实验方案76
3.2.3还原剂的优化、表征和电化学性能分析76
3.2.4表面活性剂的选择和表征83
3.2.5石墨烯改性、表征和电化学性能分析86
3.2.6小结93
本章参考文献93

第4章Cu2S和CuS的合成、改性及电化学性能研究98
4.1Cu2S的合成、改性及电化学性能研究98
4.1.1引言98
4.1.2不同温度对Cu2S合成及电化学性能的影响99
4.1.3不同表面活性剂对Cu2S合成及电化学性能的影响104
4.1.4Cu2S的改性及电化学性能研究109
4.1.5小结113
4.2CuS的合成、改性及电化学性能研究114
4.2.1引言114
4.2.2CuS的合成及电化学性能研究114
4.2.3CuS与多孔碳复合改性及电化学性能研究118
4.2.4小结124
4.3山茶花状CuS的微波辅助合成、表征及储钠性能研究125
4.3.1引言125
4.3.2实验部分126
4.3.3物理表征分析127
4.3.4电化学钠储存性能研究134
4.3.5小结137
本章参考文献139

第5章FeS2的合成、改性及电化学性能研究143
5.1引言143
5.2FeS2的合成及电化学性能研究143
5.2.1不同表面活性剂合成FeS2材料143
5.2.2不同表面活性剂下FeS2物相分析144
5.2.3不同表面活性剂下FeS2形貌分析145
5.2.4不同表面活性剂下FeS2电化学性能分析146
5.3FeS2的改性及电化学性能研究148
5.3.1FeS2材料制备及碳包覆处理148
5.3.2FeS2碳包覆物相分析148
5.3.3FeS2碳包覆形貌分析149
5.3.4FeS2碳包覆电化学性能分析149
5.4本章小结153
本章参考文献153

第6章Sb2S3的合成、表征及储钠性能研究154
6.1引言154
6.2实验部分156
6.2.1正交实验设计156
6.2.2正交实验结果分析157
6.2.3束状Sb2S3纳米针及花状Sb2S3微球的合成163
6.3束状Sb2S3纳米针和花状Sb2S3微球的物理表征分析163
6.3.1物相分析163
6.3.2形貌及结构分析164
6.3.3表面元素及价态分析167
6.4电化学储钠性能研究169
6.4.1束状Sb2S3纳米针的储钠性能研究169
6.4.2花状Sb2S3微球的储钠性能研究170
6.5本章小结172
本章参考文献172

第7章Cu-Sb混合硫化物的合成、表征及储钠性能研究175
7.1引言175
7.2正交实验设计及材料表征177
7.2.1正交实验设计177
7.2.2正交实验合成材料的物理表征178
7.2.3正交实验合成材料储钠性能研究181
7.3Cu-Sb硫化物的合成及表征185
7.3.1Cu-Sb双金属硫化物的合成及物理表征185
7.3.2Cu-Sb混合金属硫化物的合成、改性及物理表征188
7.4Cu-Sb硫化物储钠性能研究193
7.4.1Cu-Sb双金属硫化物储钠性能研究193
7.4.2Cu-Sb混合金属硫化物储钠性能研究195
7.4.3Cu-Sb混合金属硫化物动力学研究198
7.5本章小结201
本章参考文献201

第8章PbS六足状纳米结构的合成及机理研究204
8.1引言204
8.2六足状硫化铅的合成及表征206
8.2.1实验过程206
8.2.2六足状硫化铅及前驱物成分和形貌分析207
8.3六足状硫化铅的反应及生长机理211
8.4不同反应因素对PbS形貌的影响214
8.5六足状硫化铅拉曼光谱研究216
8.6本章小结219
本章参考文献220

第9章ZnS颗粒与硫化钴纳米链的合成研究222
9.1引言222
9.2硫化锌纳米粒子的合成及表征225
9.2.1实验过程225
9.2.2硫化锌纳米粒子成分和形貌分析226
9.3硫化锌纳米颗粒的性质研究230
9.3.1紫外-可见光吸收光谱及荧光光谱230
9.3.2拉曼光谱研究232
9.4硫化钴纳米链的合成233
9.4.1实验过程233
9.4.2硫化钴纳米链成分和形貌分析234
9.5本章小结238
本章参考文献238