​清华深研院吕伟AFM：凝胶化MXene作为双功能硫宿主同时稳定正负极

MXene 的凝胶化有望为各种应用组装出三维导电和催化单片。然而，可控组装和功能定制仍然具有挑战性。

图1. 材料制备和作用示意

清华大学深圳国际研究生院吕伟等报告了仅用一种双功能三维MXene单片硫宿主就能解决硫阴极反应动力学迟缓和锂金属阳极（LMA）钝化的问题。该宿主是通过MXene与ZnI₂引发剂的可控凝胶化作用获得的，其在凝胶化过程和电化学反应中显示出双重功能。

具体而言，在凝胶化过程中，Zn²⁺阳离子引发凝胶化，并作为MXene纳米片（NSs）之间的连接物形成三维结构，而作为间隔物的碘阴离子则避免了MXene NSs的重新堆积，从而实现了良好的可调结构。当它作为锂硫电池中的硫宿主时，Zn─O的吸附和催化位点进一步促进了MXene NSs上的硫氧化还原反应，而储存在单片中的碘阴离子作为添加剂逐渐释放到电解液中，从而消除了循环中LMA上的死锂。

图2. 动力学研究

因此，采用这种硫宿主的组装电池在6.6 mg cm^-2的高硫负载下，CE高达99%以上，远高于许多其他报告（90-95%）。即使在接近实际要求的条件下（E/S比：5 μL mg_s^-1，硫含量：5 mg cm^-2），电池在200次循环后仍能保持大于70%的高容量。

总之，这项工作为促进锂硫电池的实际应用提供了一种前景广阔的硫宿主，更重要的是，它提出了一种通用的凝胶化策略，以制备适用于不同应用的多功能三维MXene。

图3. 锂硫电池性能

Metal-Halide Gelated MXene and Its Use as a Bifunctional Sulfur Host Stabilizing Both Cathode and Anode for Practical Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310508