二硫化钴（CoS）是一种极具前景的材料，适用于锂离子电池[[1], [2], [3]]、催化剂[4,5]、传感器[[6], [7], [8]]及染料敏化太阳能电池[9,10]等多种电化学应用领域。其高导电性、比容量和热稳定性使CoS2一种极具前景的新兴储能应用候选材料。为此，硫化钴（CoS）2作为一种活性材料，CoS已被研究用于超级电容器[[11], [12], [13]]、钠离子电池[14,15]、锂硫电池[[16], [17], [18]]和水系电池[19]等体系。2其新兴应用领域是作为一次熔盐电池的正极材料[[20], [21], [22]]。 熔融盐电池（MSBs）采用盐混合物（通常为低共熔混合物）作为功能电解质，这类材料在室温下呈固态，在升温熔融后转化为离子导体。根据材料选择的不同，现有MSBs体系的工作温度范围覆盖100至600°C，涉及多种电化学体系[23,24]。该领域主要包括ZEBRA电池[25]、熔融钠电池[26]、空气电池[27,28]以及可充电铝电池[29]等典型体系。随着高温熔盐电池的发展，锌离子[[30], [31], [32], [33]]、混合离子[34]和硫基电池[35]等其他新兴电化学储能系统也取得了显著进展，其中正极材料的持续改进提升了电化学性能和稳定性。另一类熔盐电池（MSBs）为一次性原电池体系。这类电池常因其维持高电流密度（>1 A/cm²）的能力而被选用。2熔融盐电池活性材料的要求包括工作温度稳定性、与熔融盐电解质的化学相容性以及易于加工的特性。 从历史上看，许多初级熔盐电池（MSBs）采用钙/铬酸钙或二硫化铁作为阴极材料[20]。然而，FeS2阴极体系的应用受限于该材料相对较低的热分解温度，以及其在熔盐中的溶解性导致的显著自放电现象[[36], [37], [38]]。与之相比，CoS2虽与二硫化铁共享立方黄铁矿结构，但具备独特的电子和热力学特性[39]。当大多数金属二硫化物因宽带隙表现为半导体时，CoS2却展现出高电导率，呈现类金属特性[40,41]。这一特性使CoS2在熔盐电池（MSBs）电化学放电过程中表现出比FeS更低的欧姆电阻2,从而提升倍率能力。CoS2还具有更优异的热稳定性及在熔融盐电解质中更低的溶解度，这两种特性对MSBs均有益[42]。但不同于FeS2，CoS2天然储量不丰富且无法大规模开采。这使得CoS2更昂贵且难以获取。 除MSBs外，CoS相较于其他硫化物的优势催生了规模化高效合成该材料的需求。2目前已开发出多种合成方法，包括固相法[3]、水热/溶剂热法[[43], [44], [45], [46], [47]]、微波法[48,49]、熔盐法[50]以及氧化钴离子交换法[51]。这些方法通常针对特定形貌进行设计，如纳米线[52]、纳米颗粒[53]、嵌入式结构[[54], [55], [56], [57], [58]]或薄膜[[59], [60], [61]]。2关于CoS合成的最新研究2针对MSBs的研究主要集中在碳基添加剂和涂层方面，以进一步提升导电性和抗氧化性能[[62], [63], [64]]，以及通过杂原子掺杂来调控电化学性能[65,66]。然而，这些方法大多耗时且仅适用于实验室规模，难以满足商业化生产所需的CoS合成量。2因此，探索在短时间内获得高收率且保持高纯度的合成路线具有重要意义。微波辅助反应是一种颇具前景的解决方案。 微波辅助合成相较于其他溶液基方法提供了一种更快速的替代方案。与传统的水热/溶剂热路径相比[67]，微波加热可将反应时间缩短一个数量级或更多。在微波反应器中，能量通过介电加热方式传递至反应容器内的物质，即分子偶极子在施加微波辐射下与电场对齐。随着电场振荡，偶极子持续尝试在电场中重新排列，从而通过两种机制产生热量。一是通过介电损耗，即分子滞后于电场振荡；二是通过分子摩擦/离子传导，即分子与相邻分子碰撞[68]。这种直接加热方式远比烤箱、熔炉或油浴等传统加热方法高效，后者需通过传导将热量先传递至反应容器，再传递至反应介质。尽管关于微波加热提升反应速率的确切机制仍存在争议，但学界已达成共识：其极速高效的加热特性是主要因素[69,70]。因此，微波合成是实现节能高效合成、缩短反应时间的可靠方法。 本研究探讨了与传统水热合成法相比，微波辅助加热作为高产率合成路径制备CoS的适用性，%%以及该材料在MSBs中的性能表现。虽然微波辅助加热此前已被用于CoS的合成，%%但据我们所知，这是首次对微波辅助与传统加热在CoS水热合成中的直接比较，%%同时也是首次将微波合成的CoS%%用作MSBs正极材料。CoS的微波合成2实验采用多种钴源和硫源进行，以探究前驱体对反应产物的影响。从中筛选出若干相纯度高的材料，与常规合成的CoS作为基线对照，在MSBs中开展进一步电化学测试。2研究发现钴源和反应釜的选择会同时影响反应时间和产率。采用微波辅助加热法可使CoS的产量提升十倍。2在使用相同前驱体的情况下，其耗时仅为传统加热水热合成法的极小部分（<3%）。产物通过粉末X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、氮气吸附和扫描电子显微镜（SEM）分别表征结晶度、热学性质、比表面积和形貌。不同合成路径导致粒径和形貌存在差异，但关键的是这些差异并未造成CoS性能的重大区别。2电化学。总体而言，本研究强调了以下两方面的重要性：一是针对对照样本测试新型合成方法，二是开发高收率反应以适用于大规模应用。2 was carried out using a variety of cobalt and sulfur sources to determine the effect of precursors on reaction products. A select few phase-pure materials were chosen for further electrochemical testing in MSBs with the conventionally-synthesized CoS2 serving as a baseline comparison. The choice of cobalt source and reactor were found to affect both reaction time and yield. Microwave-assisted heating was able to produce ten times as much CoS2 in a fraction (<3%) of the time as a conventionally-heated hydrothermal synthesis when using the same precursors. Products were characterized through powder X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), nitrogen adsorption, and scanning electron microscopy (SEM) to assess the crystallinity, thermal properties, surface area, and morphology, respectively. The different synthesis pathways yielded variations in particle size and morphology, but crucially these differences did not result in major differences in CoS2 electrochemistry. Overall, the work presented here emphasizes the importance of testing new synthesis methods against a control, and of developing higher yield reactions for large-scale applications.
