ACS Nano：金属有机骨架衍生的多孔催化V2O3/V8C7异质结用于高性能锂硫电池多硫化物的调节

Nanoyu

2020-06-24

多硫化锂（LiPS）复杂的穿梭效应和缓慢的反应动力学在很大程度上阻碍了锂硫电池的发展。此外，低硫质量负载量/利用率是导致锂硫电池难以商业化的另一个关键因素。

近日，复旦大学卢红斌教授，北京大学侯仰龙教授报道了由MIL-47（V）衍生的具有异质结构的多孔催化V₂O₃/V₈C₇@碳复合材料可作为一种有效的锂离子电池多硫化物调节剂，在大幅度提高硫负载量的同时，仍然有效地抑制了穿梭效应，提高了动力学。

文章要点

1）研究人员首先采用一步水热法制备了MIL-47（V）@石墨烯（MIL-47@G）。随后，将所制备的MIL-47@G在300 ℃下活化，以去除多孔通道中多余的1，4-苯二甲酸连接物（BDC）。然后在氩气保护下经900 ℃退火得到了具有异质结构的V₂O₃/V₈C₇@C@G复合材料。

2）碳化骨架保留了MIL-47(V)的高孔隙率和高比表面积（328.6 m² g^-1）的特性。系统的机理分析表明，通过有效的催化作用，强吸附在V₂O₃表面的LiPS可以通过内置界面被快速转移到转移到V₈C₇表面，实现增强的可逆转化。此外，多孔结构提供了足够的硫存储空间，使得异质结构在高硫负载量的情况下依然能够充分发挥作用。

3）S-V₂O₃/V₈C₇@C@石墨烯正极具有出色的倍率性能（5 C时为587.6 mAh g^-1）和较长的使用寿命（1000次循环，每次循环仅衰减0.017%）。即使硫负载量为8.1 mg cm^-2，它仍然可以提供优异的电化学性能。

4）这些异质结构可以进一步应用于袋式电池，在不同的折叠角(0-180°)下均具有稳定的输出。更重要的是，即使在150次循环后，电池面容量也可以保持在4.3 mAh cm^-2（716.8 mAh g^-1），这高于商用锂离子电池（LIBs）的水平。

这种解决高硫负载下穿梭效应的策略为高性能锂硫电池的进一步发展提供了一种极有前途的方案

Long Zhang , et al, Enhanced Polysulfide Regulation via Porous Catalytic V₂O₃/V₈C₇ Heterostructures Derived from Metal-Organic Frameworks towards High-Performance Li-S Batteries, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c02762

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c02762