山大徐立强AEM：用于高性能锂硫电池的一维核壳复合材料电催化剂

尽管锂硫电池具有高达2600 Wh kg^-1的理论能量密度，但可溶性液态多硫化物中间体在充放电过程中缓慢的氧化还原动力学是其性能受限的主要原因之一。因此，设计具有核壳结构的高效电催化剂以加速多硫化物转化至关重要。

鉴于此，山东大学徐立强教授等人提出了用碳层包覆的一维MoSe₂（MoSe₂ @C）电催化剂来加速氧化还原动力学并控制多相多硫化物的转化，从而提高锂硫电池的性能。MoSe₂ @C纳米棒的制备过程如下：首先，通过简单的水热反应成功合成了一维纳米棒结构的钼基前驱体。之后，前驱体被一层聚吡咯包覆并在冰水浴下形成核壳结构。最后，在随后的硒化退火工艺之后获得了MoSe₂ @C纳米棒。

研究表明，MoSe₂对多硫化物的电催化转化可以控制多硫化物的氧化还原动力学：多硫化物中间体通过强Se-Li键吸附在MoSe₂表面，这会削弱多硫化物的S-S键。这导致S-S键变得更易断裂，从而降低了活性能。此外，DFT计算表明，MoSe₂可降低硫还原反应的逐步转化反应途径中的吉布斯自由能垒。

图1. 石墨烯和MoSe₂上硫还原自由能的DFT计算

因此，在硫含量为73 wt% 的情况下，掺入MoSe₂电催化剂的硫正极在0.2 C时具有1144 mAh g^-1的高初始容量，并在1 C时具有超过300次循环的长循环稳定性。此外，≈3.7 mg cm^-2的高硫负载正极在0.2和0.5 C下均显示出优异的面积容量，且在3.4 mg cm^-2的高硫负载及1 C下具有560 mAh g^-1的快速倍率响应。

令人印象深刻的是，在贫电解液（E/S为10 µL mg^-1）条件下，当硫负载增加至4.7 mg cm^-2时仍可实现4.7 mAh cm^-2的高面积容量，且在30个循环后容量保持为4.1 mAh cm^-2。此外，基于MoSe₂电催化剂的软包锂硫电池的优异性能进一步证明了其实际应用可行性。因此，这项工作为锂硫电池电催化剂中多硫化物氧化还原动力学的调控提供了更深入的见解。

图2. 含高硫负载正极的锂硫电池的电化学性能

Manipulating Electrocatalytic Polysulfide Redox Kinetics by 1D Core–Shell Like Composite for Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103915