厦门大学ACS Nano | 亚稳态立方相Mo2C强化d-p轨道杂化用于高稳定性锂硫电池- 大数跨境

首页

厦门大学ACS Nano | 亚稳态立方相Mo2C强化d-p轨道杂化用于高稳定性锂硫电池

X-MOL资讯

2025-01-02

导读：厦门大学徐俊教授课题组在ACS Nano 上发表了关于亚稳态Mo2C实现高稳定性锂硫电池的研究。

英文原题：Strengthened d-p Orbital Hybridization on Metastable Cubic Mo₂C for Highly Stable Lithium-Sulfur Batteries

通讯作者：徐俊、方晓亮、许清池（厦门大学）

作者：Kai Chen（陈凯）, Yuxiang Zhu（朱宇翔）, Zijian Huang（黄子健）, Bin Han（韩斌）, Qingchi Xu（许清池）, Xiaoliang Fang（方晓亮）, Jun Xu（徐俊）

随着全球能源需求的日益增长和环境问题的日益严峻，寻找高效、清洁的能源存储技术已成为当务之急。在这样的背景下，锂硫（Li-S）电池以其卓越的能量密度和成本效益，成为了新能源技术的焦点。然而，锂硫电池的商业化应用过程中面临着诸如硫的导电性差、循环稳定性不足以及“穿梭效应”等问题。因此，探索开发高效多功能催化剂是改善锂硫电池的电化学性能，并推动其在能源存储领域应用的有效方案。

近日，厦门大学徐俊教授课题组在ACS Nano 上发表了关于亚稳态Mo₂C实现高稳定性锂硫电池的研究。作者提出一种简便的原子掺杂策略引发Mo₂C由热力学稳定的六方相向亚稳态立方相转变，并用于锂硫电池的多功能催化剂。理论分析和实验结果表明，亚稳态结构赋予了催化剂独特的电子特性，强化了催化剂中Mo原子和多硫化物中S原子之间的d-p轨道杂化作用。这一结果不仅有利于增强其对多硫化物的吸附，也降低了硫物种在不同阶段的反应能垒，实现了不同种多硫化物中间体的快速转化。同时，得益于减少了负极侧锂金属和多硫化物之间的副反应，实现了对负极锂金属的保护，更有利于实现稳定的电化学性能。使用亚稳态Mo₂C催化剂作为硫正极宿主的电池在1C的电流密度下展现出了高效的稳定性，在1000个循环的测试中，容量衰减率仅为0.039%。这项工作为通过强化轨道杂化设计锂硫电池亚稳态催化剂提供了新的方法和深入的见解。

图1. (a) δ-B-Mo₂C/NCNT合成示意图; (b, c) SEM图像; (d-h) TEM和EDS图像; (i) XRD谱图; (j) Mo 3d高分辨光谱和 (k) TGA曲线。

图2. 不同正极电池的电化学性能。(a) 0.2 C首圈充放电曲线; (b) 极化过电位ΔE和Q₂/Q₁; (c) 0.2 C下的循环性能; (d, e) 循环前后的电化学阻抗谱; (f, g) 倍率性能和倍率曲线; (h) 1 C下的循环性能。

图3. (a) 原位拉曼光谱测试装置示意图; (b) 不同硫正极电池的氧化还原反应动力学示意图; (c-e) δ-B-Mo₂C/NCNT@S和 (f-h) NCNT@S电池的拉曼光谱。

总结/展望

综上所述，本工作采用简便的异质原子掺杂引发相变的策略，制备了一种亚稳态立方相Mo₂C电催化剂，该催化剂具有高导电性和对Li-S电池中多硫化物的强亲和力。结果表明，δ-B-Mo₂C/NCNT硫正极电池具有优异的倍率性能和长期循环稳定性。该工作强调了一种通过强化d-p轨道杂化来设计高性能Li-S电池电催化剂的方法，也为亚稳态催化剂在其他储能领域的设计和开发提供了指导意义。

相关论文发表在ACS Nano 上，厦门大学博士研究生陈凯为文章的第一作者。通讯作者为厦门大学徐俊教授、许清池副教授和方晓亮教授，该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金和111引智计划的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Strengthened d–p Orbital Hybridization on Metastable Cubic Mo₂C for Highly Stable Lithium–Sulfur Batteries

Kai Chen, Yuxiang Zhu, Zijian Huang, Bin Han, Qingchi Xu*, Xiaoliang Fang*, Jun Xu*

ACS Nano 2024, 18, 51, 34791–34802

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c11701

Published December 13, 2024

（本稿件来自ACS Publications）

【声明】内容源于网络

X-MOL资讯

“X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。

内容 19833

粉丝 0

X-MOL资讯 “X-MOL资讯”隶属于X-MOL学术平台（官网x-mol.com），关注化学、材料、生命科学、医学等领域的学术进展与科研前沿，提供专业与深度的内容。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的新近论文，支持个性化浏览。

总阅读11.7k

粉丝0

内容19.8k