MXene是比石墨烯還火的二維明星材料，身為先進(jìn)的MXene制造商，北科納米推出特惠活動(dòng)，mxene等材料九折起，同時(shí)北科納米推出新介孔材料產(chǎn)品，更多優(yōu)惠價(jià)格，等你來秒殺！

近年來，消費(fèi)電子品和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展加大了對(duì)大容量快充電池的需求。鋰硫電池因其超高的理論能量密度（2600Wh kg-1），硫元素毒性低且量大價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，成為最有希望的下一代儲(chǔ)能設(shè)備之一，也是全球科研工作者們的研究熱點(diǎn)。但是鋰硫電池存在幾個(gè)嚴(yán)重的問題制約了其應(yīng)用：（1）單質(zhì)硫固有的絕緣性；（2）充放電反應(yīng)中多硫化物（LiPSs）的穿梭效應(yīng)；（3）電極體積膨脹問題。這些導(dǎo)致了鋰硫電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)非常緩慢，活性硫的利用率極低。

為解決上述問題，構(gòu)造合理的載硫復(fù)合物正極成為最簡單有效的方法。一般情況下，加入高導(dǎo)電性的碳基材料（如碳納米管CNT）可以提高電極的導(dǎo)電性，但是碳為非極性材料，對(duì)多硫化物的作用僅限于物理吸附，難以緩解嚴(yán)重的穿梭問題。近來，Ti3C2Tx?MXene因其良好的導(dǎo)電性，表面可修飾，較大的二維比表面積，鋰離子擴(kuò)散勢(shì)壘低等特點(diǎn)引起了科研工作者的關(guān)注。但在制備中MXene非常容易發(fā)生自堆疊，失去比表面積及表面大量活性位點(diǎn)，延長了鋰離子擴(kuò)散通道，成為MXene應(yīng)用的難點(diǎn)問題。因此，構(gòu)造三維S/CNT/MXene復(fù)合體是解決以上問題的合理思路。

近日，東華大學(xué)鄒儒佳課題組采用簡單、綠色的方法構(gòu)造了S-CNT@MXene三維牢籠狀復(fù)合物。首先采用Na2S4原位合成5-8 nm的超細(xì)硫顆粒負(fù)載在表面改性的CNT上，在攪拌力的作用下形成S-CNTs多孔微米球，然后再包覆一層超薄MXene形成S-CNT@MXene三維牢籠結(jié)構(gòu)。原位合成的硫納米顆粒均勻分散，避免了常規(guī)熔融法填硫造成的大塊體硫，提高了硫的利用率。碳納米管組成的高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以快速直接地將電子、離子傳輸?shù)交钚粤颍岣吡朔磻?yīng)動(dòng)力學(xué)速率。僅有1-2層的超薄MXene極大地提高了表面基團(tuán)的利用率，-OH、-O等基團(tuán)對(duì)多硫化物可以有效吸附。整體來看，三維結(jié)構(gòu)避免了MXene的堆疊問題，為鋰離子的快速傳輸提供了快速通道。結(jié)合對(duì)稱電池CV曲線、動(dòng)態(tài)EIS等測(cè)試，表明了S-CNT@MXene優(yōu)異的性能。在0.1C小電流下獲得了1375.1 mAh g-1高比容量；在8.0C的超大倍率下，仍有557.3?mAh g-1的可逆容量；在4.0C大電流下充放150圈，電池容量保持率接近100%。

該成果發(fā)表于國際知名期刊Chemical Engineering Journal?(影響因子10.652)上，題目為:Enhanced kineticsand efficient activation of sulfur by ultrathin MXene coating S-CNTs poroussphere for highly stable and fast charging lithium-sulfur batteries?博士王浩為本文第一作者。

圖1. S-CNT@MXene的制備示意圖及形貌表征。（a）S-CNT@MXene牢籠結(jié)構(gòu)的制備示意圖。（b）超薄Ti3C2TxMXene的TEM圖像及插圖HRTEM圖像。（c,d）不同放大倍率下S-CNT球的SEM圖像。（e,f）不同放大倍率下S-CNT@MXene的SEM圖像。（g）S-CNT@MXene的HRTEM圖像。（h）S-CNT@MXene的EDX元素分析圖像。

圖2. S-CNT@MXene的物相分析及吸附測(cè)試。（a）S-CNT@MXene，S-CNT及商品硫的XRD圖譜。（b）S-CNT@MXene，S-CNT的熱重曲線。（c）S-CNT@MXene的XPS總譜圖。（d）S-CNT@MXene的Ti元素精細(xì)譜。（e,f）可視化吸附測(cè)試及相應(yīng)的UV/vis圖譜。

圖3.?S-CNT@MXene，S-CNT，S/CNT的CV圖譜，對(duì)稱電池CV圖譜。（a）S-CNT@MXene，S-CNT，S/CNT的CV對(duì)比圖。（b,c）S-CNT@MXene，S-CNT的不同掃速下的CV圖譜。（d,e）S-CNT@MXene，S-CNT不同掃速CV圖相應(yīng)的I-v2圖。（f）對(duì)稱電池的CV圖譜。

圖4.電化學(xué)性能測(cè)試。（a）S-CNT@MXene，S-CNT，S/CNT的倍率性能。（b）S-CNT@MXene不同倍率下的充放電曲線。（c）S-CNT@MXene，S-CNT，S/CNT的極化對(duì)比。（d,e）S-CNT@MXene，S-CNT，S/CNT在4.0C和6.0C下的循環(huán)性能。

圖5.?動(dòng)態(tài)EIS圖、循環(huán)后負(fù)極鋰的表征及機(jī)理圖。（a）S-CNT@MXene，S-CNT，S/CNT循環(huán)10圈后的EIS對(duì)比。（b,c）S-CNT@MXene，S-CNT的EIS隨循環(huán)的動(dòng)態(tài)變化對(duì)比。（d）擬合電路圖。（e,f）S-CNT@MXene，S-CNT循環(huán)后相應(yīng)的負(fù)極鋰片的SEM圖像。（g）電化學(xué)機(jī)理圖。?

? ? ?本文利用簡單且節(jié)能的方法制備了新型三維牢籠狀結(jié)構(gòu)的S-CNT@MXene,用于鋰硫電池正極材料。原位合成的超細(xì)硫納米顆粒避免了塊體硫利用率低下的問題，碳納米管構(gòu)成的高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了整體的導(dǎo)電性，表面超薄MXene層，不僅僅是抑制多硫化物穿梭的保護(hù)層，更可以催化多硫化物的快速轉(zhuǎn)化，加速硫化鋰的成核分解，促進(jìn)了鋰離子的傳輸速率。巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋰硫電池的多步復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)得以在牢籠內(nèi)部快速有效進(jìn)行，使其獲得了優(yōu)異的電化學(xué)性能，尤其是在大電流下快速充放電的能力。這一研究表明，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)提高鋰硫電池硫的利用率，對(duì)鋰硫電池快充的應(yīng)用有重要意義。

?