赵世玺课题组Nano Energy：异质结构催化剂实现界面主导的Li2S成核行为助力锂硫电池

锂硫电池（LSBs）因其高能量密度和低成本在过去几十年中受到广泛关注。然而，LSBs的实际应用受到可溶性中间多硫化锂（LiPSs）的严重穿梭以及绝缘Li₂S的不可控沉积的阻碍，这限制了活性物质的利用并减缓了氧化还原动力学。

美国华盛顿大学曹国忠等人采用具有相似低电阻率的MoO₂和α-MoC构建MoO₂/α-Mo纳米复合材料作为多功能电催化剂，以研究异质界面对硫物种氧化还原过程和Li₂S沉积行为的影响。。

电子电导率的微小差异使其不同于传统的捕获-扩散-转换模型。DFT计算结果进一步表明，与MoO₂和α-MoC相比，MoO₂/α-MoC异质界面对LiPSs及其放电产物Li₂S表现出更强的亲和力，这有利于促进后续的转化过程并诱导Li₂S的非均相成核和三维沉淀。

因此，MoO₂/α-MoC异质界面不仅可以有效促进Li⁺扩散和电荷转移，还可以为硫物种提供吸附和催化位点，从而改善硫物种的氧化还原动力学，同时促LiPSs的转化。

图1 材料合成及表征

通过在正极中引入少量MoO₂/α-MoC催化剂，电池在0.2和3 C下分别达到了1177和695 mAh g^-1的高容量。此外，通过使用MoO₂/α-MoC功能夹层，具有高硫负载正极(5.0 mg·cm^-2)和低电解液(6-7 μL·mg^-1)的电池表现出稳定的循环性能，在0.5 C下循环100次后达到829 mAh·g^-1并具有85 %的容量保持率。

这项工作提供了对加速氧化还原转化过程和通过构建二维异质界面促进Li₂S沉积行为的理解。

图2 锂硫电池的电化学性能

Interfaces-dominated Li2S Nucleation Behaviour Enabled by Heterostructure Catalyst for Fast Kinetics Li-S Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106452

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赵世玺课题组Nano Energy：异质结构催化剂实现界面主导的Li2S成核行为助力锂硫电池

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