當二維MXenes被集成到鋰硫電池(lbs)時，可以產生具有競爭力的性能，解決了諸如硫的電子導電性差和多硫化物中間體的溶解等關鍵問題。然而，眾所周知，MXene納米片在電極制造、過濾或水去除過程中很容易聚合和重新堆積，限制了它們的實用性。此外，在復雜的電催化反應中，如lsdb中的多步硫還原過程，單靠MXene不足以確保最佳的反應路徑。在這項工作中，我們首次展示了硫球的松散模板使用Ti3C2Tx MXene納米片裝飾多態(tài)CoSe2納米顆粒。研究表明，采用納米粒子修飾的MXene納米片制備硫球模板，可以防止納米片的聚集，并產生較強的電催化效應，從而改善反應動力學和電池性能。S@MXene-CoSe2陰極在lsb中具有1000個周期的長壽命和0.06% /周期的低容量衰減率。
圖1 示意圖演示S@MXene與S@MXene-CoSe2在MXene納米片堆疊方面的差異。
圖2. MXene-CoSe2納米片的DFT模擬。(a) Li
2S
6和(b) Li
2S吸附在C-CoSe2、OCoSe2和Ti
3C
2O
2上的電荷密度差圖。(c)聚硫化物鋰與O-CoSe
2、c - CoSe
2、Ti
3C
2O
2之間的結合能。(d) OCoSe
2、C-CoSe
2和Ti
3C
2O
2上鋰聚硫化物的吉布斯自由能譜。(e)根據吉布斯自由能曲線的逐級電催化過程示意圖。
圖3 (a) MXene-CoSe2納米片的掃描電鏡和(b)透射電鏡。(c)顯示納米顆粒在MXeneCoSe2納米片上分布的元素映射。(d)基線減法后Ti
3C
2T
x MXene片和MXene- CoSe
2納米片的XRD圖譜。(e)帶有相關晶格條紋間距的MXene-CoSe
2樣品的HRTEM圖像。(f)使用Li2S6溶液對固定質量的MXene和MXene- CoSe
2納米片進行鋰多硫化物吸附試驗。(g)使用MXene和MXene- CoSe
2電極和Li2S6在10 mV/s掃描速率下對稱電池的CV曲線。(h) MXene和MXene- CoSe
2納米片對Li2S的溶解譜。
圖4. 示意圖說明了硫球被MXene-CoSe
2納米片和MXene納米片包裹時的形貌差異。
圖5 (a) S@MXene-CoSe2球體在0.1 ~ 0.6 mV/s掃描速率下的CV曲線;(b) a、b、C位置的掃描速率依賴性峰值電流。(c)掃描速率為0.1 mV/s時S@MXene-CoSe2球體的初始CV曲線。(d)從CV曲線導出的相應峰位置的S@MXene和S@MXene-CoSe2球體的Tafel圖。(e) S@MXene-CoSe2和S@MXene陰極的速率性能比較。(f)根據不同充電/放電速率的充電-放電曲線計算出的Q2/Q1比值。(g) S@MXene-CoSe2和S@MXene陰極在0.5C下的長期循環(huán)性能。
相關科研成果由新加坡科技設計大學Hui Ying Yang等人于2022年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03279)上。原文：Spherical Templating of CoSe
2 Nanoparticle-Decorated MXenes for Lithium−Sulfur Batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
