陈忠伟/王新/张永光ACS Nano: 用于锂硫电池的分级多孔Mxene微球先进电催化剂

锂硫（Li-S）电池由于其理论能量密度高、成本低和环境友好，在下一代电子产品中具有广阔的前景。然而，多硫化物（LIPS）的穿梭效应和缓慢的反应动力学阻碍了Li-S电池的实际应用。

在此，加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士、华南师范大学王新研究员及河北工业大学张永光教授等人报道了通过喷雾干燥和化学蚀刻策略制备分级多孔MXene 微球作为多功能电催化剂。

在喷雾干燥过程中，Mxene纳米片上原位形成了O-Ti-C表面氧化层。之后采用简单的化学腐蚀方法选择性去除Ti₃C₂ MXene纳米薄片上的Ti-O键以产生大量不饱和Ti位点，同时形成规整的层状多孔结构。

由此产生的裸露边缘和不饱和配位Ti使得MXene和LiPS之间存在优异的主客体相互作用，导致强大的硫吸附和快速的氧化还原反应。坚固的结构抑制了材料的重新堆叠并缓解了体积膨胀，提供快速的物质/电荷传输。

图1. S/3D e-Ti₃C₂-2微球合成示意图

基于上述优势，采用S/3D e-Ti₃C₂-2正极的电池在0.2 C下具有1205.9 mAh g^-1的高放电容量和优异的倍率性能（772.4 mAh g^-1@5.0 C）。即使在硫负载提高至6.1 mg cm^-2的情况下，S/3D e-Ti₃C₂-2正极仍然表现出优异的电化学性能。

在 0.1 C时提供了 5.6 mAh cm^-2的大容量，即使在0.5 C下也能提供 4.2 mAh cm^-2的面积容量。该研究提供了一种有利的设计策略，将具有丰富活性边缘中心和加速LiPS催化转化的Ti₃C₂ Mxene材料协同结合，为未来具有卓越性能的Li-S电池的创新设计做出贡献。

图2. 基于S/3D e-Ti₃C₂-2正极的Li-S电池的电化学性能

Hierarchically Porous Ti₃C₂MXene with Tunable Active Edges and Unsaturated Coordination Bonds for Superior Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. 10.1021/acsnano.1c06213

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陈忠伟/王新/张永光ACS Nano: 用于锂硫电池的分级多孔Mxene微球先进电催化剂

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