当二维MXenes被集成到锂硫电池(lbs)时，可以产生具有竞争力的性能，解决了诸如硫的电子导电性差和多硫化物中间体的溶解等关键问题。然而，众所周知，MXene纳米片在电极制造、过滤或水去除过程中很容易聚合和重新堆积，限制了它们的实用性。此外，在复杂的电催化反应中，如lsdb中的多步硫还原过程，单靠MXene不足以确保最佳的反应路径。在这项工作中，我们首次展示了硫球的松散模板使用Ti3C2Tx MXene纳米片装饰多态CoSe2纳米颗粒。研究表明，采用纳米粒子修饰的MXene纳米片制备硫球模板，可以防止纳米片的聚集，并产生较强的电催化效应，从而改善反应动力学和电池性能。S@MXene-CoSe2阴极在lsb中具有1000个周期的长寿命和0.06% /周期的低容量衰减率。
 
图1 示意图演示S@MXene与S@MXene-CoSe2在MXene纳米片堆叠方面的差异。
 
图2. MXene-CoSe2纳米片的DFT模拟。(a) Li₂S₆和(b) Li₂S吸附在C-CoSe2、OCoSe2和Ti₃C₂O₂上的电荷密度差图。(c)聚硫化物锂与O-CoSe₂、c - CoSe₂、Ti₃C₂O₂之间的结合能。(d) OCoSe₂、C-CoSe₂和Ti₃C₂O₂上锂聚硫化物的吉布斯自由能谱。(e)根据吉布斯自由能曲线的逐级电催化过程示意图。

 
图3 (a) MXene-CoSe2纳米片的扫描电镜和(b)透射电镜。(c)显示纳米颗粒在MXeneCoSe2纳米片上分布的元素映射。(d)基线减法后Ti₃C₂T_x MXene片和MXene- CoSe₂纳米片的XRD图谱。(e)带有相关晶格条纹间距的MXene-CoSe₂样品的HRTEM图像。(f)使用Li2S6溶液对固定质量的MXene和MXene- CoSe₂纳米片进行锂多硫化物吸附试验。(g)使用MXene和MXene- CoSe₂电极和Li2S6在10 mV/s扫描速率下对称电池的CV曲线。(h) MXene和MXene- CoSe₂纳米片对Li2S的溶解谱。

  
图4. 示意图说明了硫球被MXene-CoSe₂纳米片和MXene纳米片包裹时的形貌差异。

 
图5 (a) S@MXene-CoSe2球体在0.1 ~ 0.6 mV/s扫描速率下的CV曲线;(b) a、b、C位置的扫描速率依赖性峰值电流。(c)扫描速率为0.1 mV/s时S@MXene-CoSe2球体的初始CV曲线。(d)从CV曲线导出的相应峰位置的S@MXene和S@MXene-CoSe2球体的Tafel图。(e) S@MXene-CoSe2和S@MXene阴极的速率性能比较。(f)根据不同充电/放电速率的充电-放电曲线计算出的Q2/Q1比值。(g) S@MXene-CoSe2和S@MXene阴极在0.5C下的长期循环性能。
 
      相关科研成果由新加坡科技设计大学Hui Ying Yang等人于2022年发表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03279)上。原文：Spherical Templating of CoSe₂ Nanoparticle-Decorated MXenes for Lithium−Sulfur Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号