利用雙功能光電極來收集和儲存太陽能，是實現(xiàn)可再生能源利用的一個具有挑戰(zhàn)性但高效的方法。

圖1 材料設(shè)計

哈爾濱工程大學(xué)趙贏營、陳玉金、朱春玲、溫州大學(xué)侴術(shù)雷等設(shè)計了由TiO₂納米管支撐的N摻雜碳涂層MoS₂納米片（TiO₂@MoS₂ HSs@NC），其具有TiO₂@MoS₂光電轉(zhuǎn)換界面和MoS₂@NC電子傳輸界面，可用于超快鈉離子存儲和雙功能光電極，從而實現(xiàn)太陽能的采集和存儲。

具體而言，這項工作利用原子層沉積（ALD）技術(shù)構(gòu)建了MoO₃納米棒上的超薄TiO₂包層，然后通過陰離子交換轉(zhuǎn)化為MoS₂納米片錨定在管狀TiO₂支柱上。這種多異質(zhì)結(jié)構(gòu)大大改善了鈉離子的儲存動力學(xué)，并促進了光激發(fā)載流子的分離。此外，TiO₂支柱和N-摻雜的碳涂層在反復(fù)鈉化/脫鈉過程中提供了高的結(jié)構(gòu)剛性和韌性。同時，N摻雜的碳增加了Na⁺的電導(dǎo)率和動力學(xué)特性。

圖2 半電池/全電池的鈉離子存儲性能

正如預(yù)期的那樣，TiO₂@MoS₂ HSs@NC表現(xiàn)出加速的鈉離子存儲和出色的循環(huán)性能。此外，TiO₂@MoS₂ HSs@NC顯示出巨大的潛力，可用作光充電鈉離子電池（photo-SIBs）的雙功能光電極，被光照時，其在0.2 A g^-1下可將鈉離子儲存量從525.2 mAh g^-1大幅提高到650.4 mAh g^-1，并在2.0 A g^-1的光輔助充電下實現(xiàn)了0.71%的卓越光轉(zhuǎn)化效率。

此外，值得注意的是，當光-SIB僅由1太陽光充電時，它可以獲得0.94V的高充電電壓和231.4 mAh g^-1的理想放電容量。這項工作表明，開發(fā)具有雙重功能的光電極的光電池是可行的，這將在面向未來的離網(wǎng)系統(tǒng)中引起極大的興趣。

圖3 鈉儲存動力學(xué)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

Dual-Functional Z-Scheme TiO2@MoS2@C Multi-Heterostructures for Photo-Driving Ultra-Fast Sodium Ion Storage. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202303056