Adv. Sci.：理论指导材料设计，助力先进锂硫电池！

利用范德华力构建的MoS₂/C复合材料已被广泛地应用于锂硫（Li-S）电池。然而，由于复合材料界面之间的弱电子相互作用，无法从根本上提高MoS₂的内在电子传导性，因此对多硫化物（LiPSs）的催化转化效果有限。

清华大学深圳国际研究生院周光敏、湘潭大学许国保、Qi Zhang等验证了MoS₂的内在电子传导性和MoS₂/C的异质界面的平滑电子通路可以分别显著促进LiPSs的转化和Li₂S的分解。

图1. DFT计算

首先，密度泛函理论计算显示，由于异质界面上的强共价耦合效应，MoS₂与氮掺杂碳复合体的Mo-O-C键可以促进多硫化物的催化转化，其吉布斯自由能仅为0.19 eV，解离能低至0.48 eV。

因此在理论指导下，作者利用具有丰富活性位点的MoS₂与由氮掺杂的还原氧化石墨烯和碳化三聚氰胺泡沫组成的三维碳基体（MoS₂@CF-NRGO）共价耦合构建了MoS₂/C复合材料。在这个方案中，MoS₂@CF-NRGO的强大界面连接确保了MoS₂和三维碳基体之间的超快电子传递和结构稳定性。

图2. MoS₂@CF-NRGO的制备和表征

由于该复合材料具有很强的LiPSs化学吸附性、快速的电子传导能力和丰富的催化位点，采用MoS₂@CF-NRGO涂层隔膜的Li-S电池具有优异的倍率能力、循环稳定性、良好的抗自放电能力和高/低温性能。

即使是具有高容量硫负载（8.0 mg cm^-2）的Li-S电池，在0.2 C下循环50次后，仍可实现5.58 mAh cm^-2的可逆容量，容量保持率达91.3%。在0.5 C下静置5天后，自放电率低至8.6%。

图3. Li-S电池性能

Mo-O-C Between MoS2 and Graphene Toward Accelerated Polysulfide Catalytic Conversion for Advanced Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202201579

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/11/867dfed737/

Adv. Sci.：理论指导材料设计，助力先进锂硫电池！

相关推荐