開發(fā)具有高化學(xué)吸附性能的催化劑促進(jìn)多硫化鋰(LiPS)的轉(zhuǎn)化是鋰硫(Li-S)電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。在這里，通過原位生長和硒化Fe-MOFs，我們制備了一種由Fe
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4/FeSe異質(zhì)結(jié)包裹在二維(2D) MXene納米片中的新型催化劑。MXene骨架有效捕獲多硫化物，F(xiàn)e
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4/FeSe異質(zhì)結(jié)發(fā)揮催化作用，它們的強(qiáng)協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了lip的“捕獲-吸附-催化”。一個Li-S電池與Fe
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4/FeSe@MXene-PP隔膜提供了高比容量(1104.2 mAh g-1在0.2 C)和杰出的速率容量(758.8 mAh g
-1在4 C)。即使硫負(fù)載高達(dá)5.8?mg cm
-2, Li-S電池具有高比容量?862.6 mAh g
-1在0.2 C和循環(huán)穩(wěn)定性(92.3%保留后120循環(huán))。通過密度函數(shù)理論(DFT)計算和原位拉曼分析，討論了性能改善的相關(guān)機(jī)制。Fe
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4/FeSe的界面工程提高了費(fèi)米能級的態(tài)密度，降低了Li
2S分解的活化能，內(nèi)部電場的建立加速了電荷轉(zhuǎn)移。本研究為改進(jìn)鋰-硫電池的高性能催化劑設(shè)計提供了一種有效的方法。
圖1 Fe
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4的合成過程示意圖/FeSe@MXene。
圖2. (a) XRD譜圖，(b) Fe
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4/FeSe@MXene和MXene的拉曼光譜，(c-d) Fe 2p和Se 3d的高分辨率XPS光譜。(e-f)通過DFT計算Fe
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4/FeSe@MXene和Fe
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4/FeSe模型的態(tài)密度和對應(yīng)的d帶中心。
圖3 (a) MXene的TEM圖，(b) TEM圖，(c) HRTEM圖，(d) SAED模式和(e) Fe3Se4/FeSe@MXene的EDS元素圖。(f)數(shù)字照片和(g) Fe3Se4/FeSe@MXene的橫斷面SEM圖像。(i)三種樣品的N
2吸附/解吸等溫線。
圖4. (a) UV-Vis吸附光譜。(b-c) Fe 2p, Se 3d和(d) Fe
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4/FeSe@MXene-Li
2S
6和Fe
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4/FeSe@MXene的Ti 2p的高分辨率XPS光譜。(e)穿梭電流曲線。(f) Li
2S
6對稱細(xì)胞在2 mV s
-1掃描速率下的CV曲線。(g-i)恒電位放電曲線。
圖5 (a) Fe
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4和(b) FeSe結(jié)構(gòu)的靜電勢和功函數(shù)分布。(c)放大Fe
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4/FeSe@MXene在Fe
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4(-112)和FeSe(101)界面的差分電荷。(d) Fe
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4/FeSe@MXene上硫物質(zhì)吸收的優(yōu)化配置。(e)硫的吸附能和(f) S
8在MXene、Fe
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4/FeSe和Fe
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4/FeSe@MXene上還原為Li
2S的相對自由能。
圖6。(a) CV曲線。(b) 0.1 mV s
-1下的CV曲線比較。(c) Tafel斜率。(d)在不同電流密度下的速率能力。(e)在第一次掃描期間0.2 C下的GCD譜圖。(f, g) 0.5℃和2c長期循環(huán)壽命的比較。(h) Fe
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4/FeSe@MXene-PP的比容量。
圖7。(a) NiCo
2O
4/rGO//Fe
3-M/G超級電容器的不對稱組裝示意圖;(b)掃描速率為20 mV s
−1時，不同電位窗口的CV曲線;(c)不同電流密度的GCD曲線;(d) ASC的Ragone圖;(e)電流密度為20 mA cm
−2時的循環(huán)穩(wěn)定性和庫侖效率。
圖7 (a-d)放電和充電過程中，F(xiàn)e
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4/FeSe@MXene-PP在0.5 C下的原位拉曼光譜和拉曼輪廓圖。
相關(guān)科研成果由南京大學(xué)先進(jìn)微結(jié)構(gòu)研究中心Shaochun Tang等人于2022年發(fā)表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141139)上。原文：Interface Engineering of Fe
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4/FeSe Heterostructures Encapsulated in MXene for Boosting LiPS Conversion and Inhibiting Shuttle Effect。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
