新加坡国立大学John Wang教授等Small文章：Mo2C/MoC表界面协同催化多硫化物逐步转换实现高性能锂硫电池

第一作者：刘西蒙，王俊辉，汪弯弯，刘宇

通讯作者：Jianguo Sun*， Lei Shen *，John Wang*

单位：新加坡国立大学

锂硫电池被认为是未来可以取代商用锂离子电池的下一代储能装置。然而，多硫化物（LiPSs）的穿梭效应是阻碍其发展的最大障碍之一。如果LiPSs转化缓慢，它们将慢慢积累、溶解并最终迁移到阳极区域，严重破坏锂硫电池的性能，阻碍其商业化的发展。最新的研究发现LiPSs的转化过程可以被细分为一系列的步骤，通过使用具有不同活性位点的催化剂来促进长链LiPSs和短链LiPSs在不同区域进行转化，可以提升LiPSs的转化效率。然而，目前大多数研究仅关注不同活性材料间的协同作用，而很少关注异质结构催化剂中界面和材料表面之间的协同作用，这方面的欠缺将导致对催化LiPSs转化机制的理解不足，阻碍实现多硫化物高效逐步转化的先进催化剂的发展。本文研究了存在于Mo₂C-MoC界面和两者材料表面之间的协同作用，为改进目前的LiPS转化催化剂提供了新的认识和机会。

近日，来自新加坡国立大学的John Wang教授，沈磊讲师，孙建国博士，刘西蒙博士等在国际知名期刊Small上发表题为“Interfacial synergy in Mo₂C/MoC heterostructure promoting sequential polysulfide conversion in high-performance lithium-sulfur battery”的科研论文。该工作发现并验证了存在于Mo₂C-MoC界面与材料表面间的协同作用，揭示了多硫化物在Mo₂C表面-界面-MoC表面上的逐步转化行为机理，实现了高性能的锂硫电池。

本文通过构建表面Mo富集而内部Mo缺少的MoZn金属有机框架复合物，经过高温热解，合成了Mo₂C-MoC异质结构。该结构呈现出微米花形貌，提供了充分的反应位点，同时其具备Mo₂C表面-界面-MoC表面三种活性位置的催化剂，其中界面与MoxC表面间的协同作用促进了锂硫电池连续、可逆、高效的充放电过程。催化剂呈现的微米花形貌也提供了充足的反应位点和LiPS沉积位置。

通过第一性原理，电化学测试，和原位拉曼等表征手段证明了Mo₂C-MoC界面与MoxC表面间的协同作用。界面位置可以稳定并促进长链硫转化，而Mo₂C和MoC表面可以加速短链硫的转化。由Mo₂C/MoC-S正极构成的锂硫电池可以达到1603.6 mAh g^-1的容量，是只适用Mo₂C或MoC进行催化的电池的1.7和2.1倍。同时，该电池还可以在以3C的充放电速度循环1000圈后保持80.4%的容量。

Interfacial synergy in Mo₂C/MoC heterostructure promoting sequential polysulfide conversion in high-performance lithium-sulfur battery

John Wang 教授，目前工作于新加坡国立大学材料科学与工程系，在功能材料及材料化学领域拥有30年以上的研究和教学经验。目前研究方向涉及能源材料及器件、二维材料化学、纳米材料膜设计及其在水处理气体分离等领域的应用。John Wang教授目前担任新加坡国立大学重庆研究院院长。John Wang教授同时是Institute of Materials,Minerals and Minino(UK)的Fellow，亚太材料科学院院士，新加坡工程院、 新加坡科学院院士，2020-2023科睿高被引学者。

沈磊 博 士，目前工作于新加坡国立大学机械系，担任高级讲师。目前研究方向包含密度泛函计算，材料信息学-用于高级材料的机器学习和数据驱动的计算发现与设计。目前已发表论文超过190篇SCI论文，累计引用次数8041次，H因子51。沈磊博士曾获得Lee Kuan Yew Postdoctoral Fellowship和Teaching Commendation Award奖。

孙建国 博士，目前于新加坡国立大学任职研究员。2021年博士毕业于新加坡国立大学机械系，随后加入材料系John Wang教授课题组从事研究员 (Research Fellow)工作(2021-至今)。目前研究领域包含能源材料的构效关系及其在固态电池，钠离子电池，硫电池等储能体系中的应用。近五年以一作及通讯作者于Angew, AM, AFM, Sci. Bulletin等发表SCI文章26篇，H因子23，累计引用1707次。孙建国曾获得日本科技部“樱花”优秀青年访问学者奖、IOP最值得信赖审稿人奖。同时担任SCI期刊Functional Materials Letters编委以及AM, ESM, Small、J. Energy. Chem.等期刊审稿人。

刘西蒙 博士，新加坡国立大学材料科学与工程系博士后研究员。2016年于新加坡国立大学获得材料科学与工程专业荣誉特优学士学位，2020年于新加坡国立大学获得博士学位，随后在John Wang教授课题组从事博士后研究工作。主要研究方向为电化学储能与转化，包括金属离子电池，金属硫电池，超级电容器，电解水产氢等。目前共发表SCI论文40余篇，文章累计引用量4000余次，H因子29。近五年以第一作者/共同一作身份发表SCI论文10余篇，包括ACS Energy Letters、Advanced Functional Materials、Advanced Energy Materials、Small等国际知名期刊。

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