锂硫(Li-S)电池是很有前途的下一代储能候选电池，但它们也受到聚硫醚穿梭效应和氧化还原动力学缓慢等问题的困扰。虽然合理设计的氧化还原介质可以促进聚硫醚的转化，但良好的双向硫电催化仍然是一个巨大的挑战。
来自苏州大学的学者采用普通MoSe2电催化剂的选择性双缺陷工程(即同时引入N掺杂和Se空位)来控制双向Li2S氧化还原。系统的理论预测和详细的电动力学分析揭示了这两类缺陷的选择性电催化等性质，从而加深了对双向硫电化学的机理认识。使用该电催化剂的锂硫电池表现出良好的循环性能，在2.0C循环1000次，容量衰减率仅为0.04%。更令人印象深刻的是，高面积容量(7.3mAh cm−2)和柔性袋装电池的构建突显了其实际应用的潜力。这种由双缺陷工程产生的选择性电催化是实现Li-S体系工作的一种有吸引力的方法。相关文章以“Manipulating Electrocatalytic Li2S Redox via Selective Dual-Defect Engineering for Li–S Batteries”标题发表在Advanced Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202103050
图1.选择性双缺陷工程与协同DN和VSe介导的最佳Li2S操作系统示意图。
图2.a，b)Li2S4(a)和Li2S(b)吸附在MoSe2-DN(100)面上的侧面图。(c)Li2S在MoSe2-VSe(100)面上的解离途径。d)Li2S4吸附能，e)Li2S成核自由能变化，f)Li2S在纯MoSe2、MoSe2-DN和MoSe2-VSe(100)面上的解离能垒。
图3.a)N-MoSe2−x/C合成过程示意图。b)N-MoSe2−x/C的扫描电镜图像。c)N-MoSe2−x/C的高分辨透射电镜图像。d)N-MoSe2−x/C的STEM图和相应的元素图。e)N-MoSe2−x/C和N-MoSe2−x/C的X射线衍射图谱。f)N-MoSe2−x/C.的XPS N 1S谱。g)N-MoSe2−x/C和N-MoSe2/C的EPR谱。
图4.a，b)在放电过程中恒定电位为2.0V和充电过程中恒定电位为2.4V时，PITT测试中的电流响应。c)Li2S成核比容量和Li2S解离比容量。d)S@N-MoSe2−x/C、S@N-MoSe2/C和S@MoSe2/C电极的循环伏安曲线，扫描速率为0.05 mV s−1。
图5.a)S@N-MoSe2−x/C、S@N-MoSe2/C、S@MoSe2−x/C和S@MoSe2/C阴极的倍率性能。b)在0.5C下100次循环的循环性能。c)S@N-MoSe2−x/C与其它硒化物基锂硫电池正极材料的电化学性能比较。d)S@N-MoSe2−x/C阴极的GCD曲线，硫负载量为3.23mgcm−2
本文合成了N-MoSe2−x/C电催化剂，以利用Li2S氧化还原化学中同时存在的DN和VSe，并在双向氧化还原化学中取得了显著的电催化效果。理论计算和电动力学分析表明，DN和VSe缺陷类型分别选择性地促进了Li2S的电催化成核和解离。由于优化的Li2S电催化操作，S@N-MoSe2−x/C正极具有优异的可逆容量和循环稳定性，最大面积容量为7.3mAh cm−2。此外，使用S@N-MoSe2−x/C阴极的柔性Li-S袋装电池可以持续为电子器件供电。本文的双缺陷工程策略为利用不同的缺陷组合物进行双向硫电化学的选择性电催化提供了启示，这对设计可行的锂硫电池电催化剂具有重要的指导意义。 （ 文：SSC ）
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