西南科大/北科/阿德莱德Small：钼原子协调工程用于二硫化钒高效储锂

二硫化钒（VS₂）因具有丰富的来源、优良的电子传导性能和独特的二维（2D）层状结构，已被广泛用于电化学储能研究。此外，与金属氧化物中的M–O键相比，VS₂中的V–S键较弱，更有利于锂化/脱锂过程。

然而，VS₂电极面临了结构稳定性差和比容量低等关键科学问题，这导致其实际容量偏低和循环寿命较短，从而大大限制了VS₂在锂离子电池（LIBs）的大规模应用。

在此，西南科技大学宋英泽教授、万琦副研究员&北京科技大学刘志伟&阿德莱德大学郭再萍教授等团队设计出不同Mo原子掺杂浓度（0~7.5%）的花状VS₂材料，并用于LIBs的电化学性能优化。研究表明：5%Mo-VS₂用作正极可明显地提升LIBs的放电容量和循环稳定性。

研究工作还结合了电化学表征、原位X射线衍射技术（XRD）和理论计算，揭示了5%Mo-VS₂储锂性能提升的原因：（1）VS₂花状形貌利于暴露出了更多的活性位点；（2）VS₂花状形貌可有效地缓解VS₂体积膨胀效应，从而避免了电极的结构坍塌和粉化；（3）5%Mo赋予VS₂更大的层间距、更低的Li+扩散能垒、更强的Li+吸附能和更好的电子传导性能。

图1. 基于不同Mo原子浓度的Mo-VS₂正极的电化学性能

具体而言，通过Mo原子掺杂工程制备出高性能的Mo-VS₂储锂材料，研究了不同Mo原子掺杂量对VS₂锂储存性能的影响。研究表明：VS₂的花状形貌可有效地缓解了充/放电过程中因体积膨胀所导致的电极结构塌陷和粉化，从而确保了稳定的储锂过程。此外，浓度为5.0 %的Mo原子使VS₂具有更大的层间距，更低的Li+扩散能垒，更高的Li+吸附能和更好的电子传导性能，促进了电化学反应的动力学过程，进而有效提升了LIBs的电化学性能。

此外，本工作还测试了半电池的CV曲线、充放电曲线、倍率和长循环性能，结果表明：Mo原子的掺杂量与VS₂的储锂性能有着密切的关联。具体来看，随着Mo原子掺杂量的不断增加，VS₂正极对Li+的储存能力先增加后降低。特别地，Mo原子掺杂量为5%时，VS₂正极呈现出最优的电化学性能：0.2 A g⁻¹下，50次循环后的放电比容量为293.3 mA h g⁻¹；1.0 A g⁻¹下，500次循环后的放电比容量为260.8 mA h g⁻¹，容量衰减率为每圈0.009%。

图2. 基于原位XRD和间位XPS解析Mo原子掺杂效应对VS₂储锂性能的影响

Molybdenum Atom Engineered Vanadium Disulfide for Boosted High-Capacity Li-Ion Storage， Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202301738