​哈工大张乃庆ACS Nano：轨道取向调控策略助力高性能锂硫电池催化

【研究背景】

锂硫（Li-S）电池因具有高的理论能量密度而成为下一代储能系统最有希望的候选者之一，但多硫化锂的溶解和穿梭以及缓慢的转化动力学限制了锂硫电池的实际应用。大量报道显示，在正极中引入催化剂是解决上述问题的有效手段。在各类催化剂中，MoS₂具有大的比表面积和低的成本，是一种很有潜力的催化材料。然而，MoS₂的催化活性位点主要位于少量边缘处，占比最大的基平面位置催化活性很差。

【工作介绍】

近日，哈尔滨工业大学的张乃庆教授团队在碳纳米管上合成了B掺杂的MoS₂纳米片作为催化剂来提高Li-S电池的性能。作者发现，MoS₂的基平面催化活性差是由于其轨道取向不合适，不能够与硫物种形成有效的轨道重叠；而B掺杂MoS₂的基平面具有垂直方向的未占据σ轨道，可以与硫物种的占据轨道形成“头碰头”形式的最大程度重叠，因而对锂硫电池正极反应表现出优异的催化活性。相关工作以“Basal-Plane-Activated Molybdenum Sulfide Nanosheets with Suitable Orbital Orientation as Efficient Electrocatalysts for Lithium-Sulfur Batteries”为标题发表在ACS Nano期刊上。

【文章图表】

图1 CNT@MoS₂-B的制备过程和结构表征

图2 CNT@MoS₂-B的形貌表征和元素分析

图3 CNT@MoS₂-B的催化性能测试

图4 S/CNT@MoS₂-B的电化学性能测试

图5 第一性原理计算

图6 第一性原理计算

D. Tian, X. Song, Y. Qiu, et al. Basal-Plane-Activated Molybdenum Sulfide Nanosheets with Suitable Orbital Orientation as Efficient Electrocatalysts for Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano, DOI:10.1021/acsnano.1c06067