少層 V?C MXene衍生的 3D V?S?納米晶體功能化碳片（V?S?@C）促進(jìn)多硫化
研究摘要
高能量密度，低成本，環(huán)境友好等優(yōu)勢使得鋰硫電池成為公認(rèn)的極具應(yīng)用前景的下一代儲能體系，然而嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)等問題卻使得鋰硫電池遲遲無法大規(guī)模商用。針對這些問題科研人員付出了巨大的努力也取得了一系列進(jìn)展。其中最為有效的策略之一是構(gòu)筑一種合理的正極材料從源頭上抑制穿梭效應(yīng)。本文采用原位晶體轉(zhuǎn)換策略實現(xiàn)了二維 (2D) V2C MXene 向三維 (3D) NiAs 型 V3S4?納米晶體功能化碳片 (V3S4@C) 的轉(zhuǎn)化。由于極性V3S4介體和導(dǎo)電碳骨架的協(xié)同作用，優(yōu)化后的V3S4@C主體具有優(yōu)異的化學(xué)/物理吸附能力和對多硫化物的高催化活性，有效緩解穿梭效應(yīng)。正如預(yù)期的那樣，即使在高硫負(fù)載下，最佳的S/V3S4@C 正極材料在長循環(huán)和高倍率容量方面也表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，這項工作為設(shè)計用于先進(jìn)鋰硫電池的正極材料提供了新的視角。
成果簡介
近日，濟(jì)南大學(xué)原長洲教授團(tuán)隊制備了一種獨特的V3S4@C復(fù)合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由均勻分布在二維 (2D) 碳薄片（表示為 V3S4@C）中和/或上V3S4納米晶體 (NCs) 通過TAA輔助原位硫化層狀V2C MXene (f-V2C) 納米片 (NS)前驅(qū)體一步硫化而成。通過對硫化條件的全面優(yōu)化，當(dāng)作為S正極的競爭性主體進(jìn)行電化學(xué)評估時，在700 °C下獲得的優(yōu)化復(fù)合材料（即V3S4@C-7）與其他同類產(chǎn)品相比表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。由于其對多硫化物的強(qiáng)大吸附和催化轉(zhuǎn)化能力，所得到的S/V3S4@C-7正極即使在4.22 mg cm-2的高硫負(fù)載下也表現(xiàn)出優(yōu)異的速率和循環(huán)性能，在鋰硫電池中的展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用前景。
該成果在線發(fā)表于國際頂級期刊?Journal of Materials Chemistry A?(影響因子14.511)?上，題目為：Few-layered V2C MXene?derived 3D V3S4?nanocrystals functionalized carbon flakes boosting polysulfide adsorption and catalytic conversion towards Li-S batteries。
碩士研究生譚兆霖為本文第一作者。
圖文導(dǎo)讀
總結(jié)
我們通過使用f-V2C NSs作為前驅(qū)體采用簡單而有效的硫化策略成功地制備了多孔V3S4@C復(fù)合材料（即3D NiAs 型V3S4?NCs分布于多孔碳片骨架上和/內(nèi)）。通過微調(diào)退火溫度，獲得最佳的V3S4@C-7樣品，其表面存在大量尺寸為15 – 80 nm且結(jié)晶良好的 V3S4?NCs密集分布于多孔碳片中，使其具有更優(yōu)的化學(xué)/物理性能。得益于極性V3S4和導(dǎo)電多孔碳基體的正協(xié)同作用，V3S4@C-7樣品對多硫化鋰的吸附容量和催化活性比 V3S4@C-6、V3S4@C-8 和 f-V2C 等其他正極材料更能有效地抑制穿梭效應(yīng)。當(dāng)用作鋰硫電池正極材料時，S/V3S4@C-7正極展現(xiàn)出優(yōu)越地倍率性能與長循環(huán)性能。這項工作為設(shè)計用于硫正極設(shè)計用于硫正極的新型高性能宿主材料提供了新的視角以助力實現(xiàn)更為先進(jìn)的鋰硫電池。
