西安理工大学李喜飞教授团队最新CEJ：交织异质结构纳米反应器，助力锂硫电池高倍率长循环！

第一作者：侯晨阳

通讯作者：李喜飞，张卫华，段瑞贤

单位：西安理工大学

锂硫电池因理论能量密度高，被视为极具应用前景的新型二次电池之一，但缓慢的硫氧化还原反应动力学限制着锂硫电池的发展。过渡金属硒化物（TMSe）凭借过渡金属位点的路易斯酸特性，可与具有路易斯碱特性的锂多硫化物（LPSs）形成稳固化学键，使其成为锂多硫化物高效化学吸附锚定的理想主体材料。然而，单组分TMSe难以兼顾对LPSs的强吸附与高效催化转化，易导致吸附在表面的多硫化物转化滞后，引发活性位点“中毒”或钝化。因此，构建多组分协同催化体系以优化“吸附-催化”平衡，是提升硫氧化还原动力学的关键策略

近日，西安理工大学李喜飞教授团队在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Catalytic nanoreactors of interwoven MoSe₂-CoSe@C heterostructure accelerating polysulfide redox in lithium-sulfur batteries”的研究文章重要研究成果。该研究通过浸渍-化学气相沉积法，成功制备出具有球内交织结构的MoSe₂-CoSe@C异质结构催化纳米反应器。该宿主材料通过吸附型MoSe₂与导电型CoSe的协同作用，构建内置电场促进电荷转移，提升d带中心以强化多硫化锂吸附。同时，Co诱导生成的碳纳米管网络，优化了电子传输路径与活性位点分布。这项工作为锂硫电池（LSBs）提供了一种构建高性能吸附催化主体的策略。

与单组分的TMSe宿主不同，由两种不同TMSe组分组成的异质结构因其独特的电子结构和化学活性，表现出更强的多硫化物吸附能力。基于此，该研究通过浸渍-化学气相沉积法合成了一种具有球内交织结构的异质结构主体（MoSe₂-CoSe@C）。金属异构组分主导LPS转化，而半导体型吸附组分则提升硫的利用率，得益于吸附性MoSe₂和导电性CoSe的协同作用，最终平衡了宿主材料对多硫化物吸附和催化性能。

MoSe₂-CoSe@C异质结构中异质界面处的电子实现了从CoSe向MoSe₂的定向转移，调控了宿主材料的电子结构，使其d带中心上移，从而增强了对多硫化锂的化学吸附能力。同时，异质界面协同作用显著降低了关键反应过程中Li₂S氧化与Li₂S₄还原能垒，加快了硫物种的转化动力学。

与传统结构（例如核壳结构、薄片结构和自支撑结构）相比，该研究构建的球内交织结构不仅使电极具有优异的结构稳定性，能有效缓解硫在反复充放电循环过程中严重的体积膨胀效应，此外还暴露出丰富活性位点，增大了宿主材料与活性硫物种之间的接触界面，进一步加快了反应动力学。同时，它还提供了额外的离子/电子传输路径，加速离子和电子的迁移，从而为锂硫电池优异的电化学性能奠定了坚实的结构基础。

将MoSe₂-CoSe@C/S用作锂硫电池硫宿主时，展现出卓越的循环稳定性与倍率性能。5C高倍率下，MoSe₂-CoSe@C/S正极放电比容量达582.1mAhg^-1，远优于单一组分MoSe₂@C/S与CoSe@C/S。4C倍率下循环200圈，每圈容量衰减率仅0.07%，容量保持率高达85.6%。

Catalytic nanoreactors of interwoven MoSe₂-CoSe@C heterostructure accelerating polysulfide redox in lithium-sulfur batteries

李喜飞教授简介：西安理工大学教授、博导，国家级人才，2018~2025年科睿唯安全球“高被引科学家”，爱思唯尔“中国高被引学者”，英国皇家化学会会士等，被授予国家“有突出贡献中青年专家”、全国石油和化工优秀科技工作者等称号，任国际电化学能源科学院（IAOEES）副主席，中国内燃机学会燃料电池发动机分会副主任委员，全国石油与化工行业电动汽车动力电池关键电极材料重点实验室主任，中国化学会电化学委员会委员，Electrochemical Energy Reviews（IF：36.3）执行主编，《电化学》编委等。担任国家重点研发计划会评/函评专家、多个省市基金/科技奖评审专家等。已在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Joule、Energy Environ. Sci.等期刊发表学术论文460余篇，引用34000多次，H因子102，75篇论文被评为ESI 1%高被引论文。

段瑞贤博士：主要从事二次电池电极材料设计、性能及机制研究，已在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater、EnergyChem、Nano-Micro Letters、Nano Energy等国际高水平期刊发表论文30余篇，其中高倍引论文5篇，热点论文2篇。申请/授权发明专利6项。相关研究成果荣获陕西省第九届研究生创新成果展高质量成果三等奖（排名第一）、中国国际大学生创新大赛国家级金奖一项、省级金奖两项、铜奖一项，先后作为主要参与人参与完成国家自然科学基金面上项目1项、国家重点研发计划子课题、陕西省自然科学基础研究计划（重点项目）和陕西省重点研发计划等项目。

侯晨阳，西安理工大学2023级材料科学与工程学院在读硕士研究生，主要研究方向为锂硫电池正极材料，师从李喜飞教授。目前以第一作者与合作作者身份在 Chemical Engineering Journal、Carbon Energy、Advanced Functional Materials和 Journal of Colloid and Interface Science期刊中发表论文4篇，申请发明专利2项。