南京工业|黄维院士&王琳教授课题组EnSM：类硼硼亚基插入MoB2钼骨架，使锂硫电池性能稳定、快速- 大数跨境

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南京工业|黄维院士&王琳教授课题组EnSM：类硼硼亚基插入MoB2钼骨架，使锂硫电池性能稳定、快速

科学材料站

2020-08-18

导读：本文报道了高结晶MoB2纳米粒子的制备，并研究了其作为锂硫电池正极电催化剂的应用。MoB2得益于类硼硼层和金属钼基三维结构，不仅在低自锂化状态下促进多硫化物的转化，而且通过更好的电子导电性改善了多硫化

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通讯作者：黄维*，王琳*，查晨阳 *

单位：南京工业大学

背景简介

高性能锂硫电池受到多硫化物迁移的严重“穿梭效应”的限制。为了截留和固定多硫化物，催化材料的开发是改善锂硫电池的有效策略。

文章介绍

近日，南京工业大学大学黄维院士、王琳教授和查晨阳副研究员在国际顶级期刊Energy Storage Materials 上发表题为“Borophene-like Boron Subunits-inserted Molybdenum Framework of MoB2 Enables Stable and Quick-acting Li2S6-based Lithium-sulfur Batteries”的研究工作。

在本文中，作者证明了类硼硼亚基插入二硼化钼（MoB2）的钼骨架充当多硫化物固定中心，以在高效电子转移条件下为氧化还原反应过程提供动力。具体而言，MoB2不仅提供了通过共价B-B和基于金属Mo-Mo键的低锂化结构锚定多硫化物的活性位点，而且还提供了高电导率以加速多硫化物的转化动力学。有了这些进步，液态Li2S6基MoB2电极（面积：2 cm2）提供了1116 mAh / g的高初始容量，并在500次循环后在2 C时保持558 mAh / g。此外，目前提出的MoB2催化剂可能会大大推动电催化技术的发展，从锂硫电池到金属空气电池以及二氧化碳/氮气电化学还原

该文章共同第一作者为Rong Wu, Huakai Xu，Yuwei Zhao

黄维院士，王琳教授，查晨阳副研究员为本文共同通讯作者。

要点解析

要点一：

图1.

Li离子电池中的CV曲线和示意图分别显示了MoB2（a-b），TiO2（c-d）和CoS2（e-f）含多硫化物的电解质中的自锂化过程。锂离子电池中纯S8阴极作为受控电极的CV曲线（红线）。

要点二：MoB2的结构表征。

图2.

MoB2的X射线衍射图（a）。

MoB2中mo3d（b）和b1s（c）的XPS谱。

MoB2和玻璃基片的拉曼光谱（d）。

SEM图像（e）和TEM图像（f），嵌入MoB2的SAED图案。

原子（0 1）和原子（B）分别位于原子（B）的顶部（B）和Mo（B）平面上

要点三：Li2S6基MoB2电池的电化学性能。研究了Li-S电池在0.5～2c（a-C）不同电流条件下的循环稳定性和库仑效率。

图3.

在第一个循环中，充放电曲线（d）从0.5到2 C。MoB2正极∆C2/∆C1的比值图（e）。

在第500次循环时，充放电曲线（f）为0.5～2c。MoB2正极∆C2/∆C1的比值图（g）。

电池在1～5ma/cm2（h）范围内的倍率性能和库仑效率，以及相应的充放电曲线（i）。

结论

综上所述，作者报道了高结晶MoB2纳米粒子的制备，并研究了其作为锂硫电池正极电催化剂的应用。MoB2得益于类硼硼层和金属钼基三维结构，不仅在低自锂化状态下促进多硫化物的转化，而且通过更好的电子导电性改善了多硫化物的反应动力学。

Li2S6基MoB2正极具有比容量大、速率快、循环稳定性好等特点。更重要的是，作者的研究结果为将来的电催化领域设计具有高催化性能的硼酚基金属材料提供了新的动力。

文章链接:

Borophene-like Boron Subunits-inserted Molybdenum Framework of MoB2 Enables Stable and Quick-acting Li2S6-based Lithium-sulfur Batteries

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720303056#!

导师简介:

黄维院士

中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士。教授、博导，有机电子、塑料电子、印刷电子、生物电子及柔性电子学家。以第一或通讯作者身份在Nature、Nature Materials、Nature Photonics、Nature Nanotechnology、Nature Electronics、Nature Communications、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society等SCI学术期刊发表研究论文800余篇，h因子为137，国际同行引用逾86000次，是材料科学与化学领域全球高被引学者，在SciVal（全球顶级科技论文数据库）材料学科以及OLED、Solar Cell和Conjugated Polymer领域论文发表方面排名全球第一，获授权美国、新加坡和中国等国发明专利360余项，出版了《有机电子学》《生物光电子学》《有机薄膜晶体管材料器件和应用》《有机光电子材料在生物医学中的应用》《OLED显示技术》等学术专著。

引用：南京工业大学官网

王琳教授

王琳，南京工业大学先进材料研究院，教授，博士生导师。2009年本科毕业于武汉大学国家级物理基地班；2013年博士毕业于香港科技大学物理专业；2014年-2017年，在瑞士日内瓦大学量子物质与物理学院从事博士后工作。2017年5月入职南京工业大学先进材料研究院，主要从事于新型二维纳米材料的生长制备、光电性质和量子器件方面的研究。近5年（2013年-至今），申请人以第一/通讯作者身份在包括Nature Communications、Physical Review Letters、Advanced Materials、Nano Today等知名学术期刊发表论文10余篇,参与论文40余篇。曾获得第三十届欧洲材料学会青年科学家奖、第二十七届国际先进材料学会奖章、江苏特聘教授、江苏省六大人才高峰A类高层次人才、国家级江北新区首届十大杰出青年和第八届青少年科技创新奖等。

查晨阳副研究员

中国南京工业大学先进材料研究院副教授。主要研究方向是高效能量转换的无机纳米功能材料, 围绕其在光-电-化学能相互转换中的应用探索开展工作，重点发展它们在电化学催化、化学能源储能等前沿领域的应用。利用多种原位/在线监测技术揭示电化学体系中电极电子结构、晶体结构以及表界面反应的动态变化规律、机制。到目前为止，在Advanced Materials, ACS Nano 和Journal of Materials Chemistry A等期刊上发表论文约20余篇。