哈工大张乃庆/张宇AEM：锂-硫电池硫氧化还原电催化剂应变效应的成因

在锂-硫电池（LSB）中，引入应变被认为是提高宿主材料催化活性的有效策略。然而，通过化学方法引入应变往往不可避免地会导致化学成分和相结构的变化，从而难以真正揭示催化活性增强的本质和根本原因。

在此，哈尔滨工业大学张乃庆，张宇等人通过简单的热处理和淬火将应变引入MoS₂。研究表明，应变将 Mo-S 键中的部分反键轨道提升到费米级以上，并削弱了 Li-S 和 S-S 键，从而使其紧密锚定，加速了多硫化锂（LiPS）的转化。

基于高应变MoS₂的电池在 0.2 C条件下的初始放电比容量高达 1265 mAh g^-1，在1 C条件下循环1500 次，每次循环的平均容量衰减仅为 0.041%。

图1. 作用机制

总之，该工作从电子结构和几何结构方面揭示了硫氧化还原电催化剂应变效应的起源。通过淬火在 MoS₂ 中引入拉伸应变，由于 MoS₂ 和石墨烯的热膨胀系数不同，淬火会产生内应力。具体而言，拉伸应变提高了 D 波段中心，将部分反键轨道推至 EF 以外，从而使电子更容易占据成键轨道。此外，拉伸应变拉长了 MoS₂ 的晶格，削弱了 Li─S 和 S─S 键，从而降低了 Li₂S 分解的能垒和 SRR 中的 RDS。

结果表明，高应变的 MoS₂/rGO 对 LiPSs 具有更高的锚定能力和催化性能。以MoS₂/rGO -5.6 作为电催化剂，电池在 0.2 C条件下的初始放电比容量高达 1265 mAh g_-1，在 1 C条件下循环 1500 次，平均容量衰减率仅为 0.041%。因此，该工作揭示了硫氧化还原电催化剂应变效应的起源，未来可根据这一原理设计出更先进的催化剂，加快实用 LSB 的发展。

图2. 电池性能

The Origin of Strain Effects on Sulfur Redox Electrocatalyst for Lithium Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302586

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