电子科技大学《AFM》：Mo2N量子点修饰氮掺杂石墨烯纳米片，用于锂-硫电池

成果简介

锂-硫(Li-S)电池的产业化同时受到多硫化锂的穿梭效应和不可控的锂枝晶生长的严重阻碍。本文，电子科技大学Yuanfu Chen，西藏大学Qi Wu等研究人员在《Adv. Funct. Mater》期刊发表名为“Mo2N Quantum Dots Decorated N-doped Graphene Nanosheets as Dual-Functional Interlayer for Dendrite-Free and Shuttle-Free Lithium-Sulfur Batteries”的论文，研究通过一种简单的可扩展的方法，在聚丙烯隔膜上制备了一种新型的巯基和亲锂基的Mo2N量子点修饰的N掺杂石墨烯纳米片（Mo2N@NG）。Mo2N@NG具有很强的化学吸附能力，对LiPSs有很强的电催化作用，与锂离子(Li+)有很高的化学亲和力，可以有效地催化LiPSs的快速转化，并诱导Li+的均匀沉积。研究人员通过理论计算和原位拉曼协同解释了穿梭效应的抑制和枝晶生长的减缓。

结果表明，采用Mo2N@NG/PP隔膜组装的Li–S电池表现出出色的倍率性能（4 C时，容量达到860.2 mA h g–1）、良好的循环稳定性（2 C时800次循环后每次循环容量衰减0.039%）、Li–S软包电池3.89 mA h cm–2的高面积容量（0.2 C时4.5 mg cm–2和6 L mg–1）以及保护锂负极的稳定性能（5mA cm–2下，1500 h）。这种在杂化框架中的量子点策略具有很大的潜力，可以推广到高性能锂-硫电池的其他过渡金属基催化剂。

图文导读

图1、Mo2N@NG的制备流程及表征

图2、a) XRD 图案，b) 拉曼光谱， c) NG和Mo2N@NG的BET。d) 原始PPe) Mo 2 N@NG/PP改性隔膜的顶部表面的 SEM 图像。f) Mo 2 N@NG/PP 改性隔膜的横截面。g–i) PP、NG/PP 和 Mo 2 N@NG/PP 隔膜的电解质接触角测试。j) Mo 2 N@NG/PP 改性隔膜在不同应力下的照片。(k) EIS 和 l) 具有原始 PP、NG/PP 和 Mo 2 N@NG/PP 改性隔膜的电池的锂离子电导率。

图3、 Mo2N@NG/PP隔膜的电池的电化学性能

图4、样品的吸附性能

图5、a,b) Li2S6对称电池的循环伏安曲线。c) Mo2N@NG对称电池在10-50mVs-1范围内的CV曲线。d) 对称单元的 EIS 谱。e) 对称细胞的 Tafel 图。f) 对称电池的计时电流曲线。g) 线性扫描伏安曲线和相应的 h) 不同电极的硫化物氧化反应的 Tafel 图。i,j) Li2S成核的恒电位放电曲线。k,l)石墨碳表面和Mo2N (111) 表面上S8 /LiPSs 转化的自由能分布。

图6、在具有PP a,c) 和 b,d) Mo 2 N@NG/PP 隔膜的电池放电过程中测试的原位拉曼光谱和原位时间分辨拉曼光谱。e) 配备 Mo 2 N@NG/PP 隔膜的高性能 Li-S 电池的机理示意图。

小结

本文，创新性地开发了嵌入N掺杂氧化石墨烯中的Mo2N量子点，作为先进锂硫电池的双功能隔膜。这项工作为高性能锂硫电池提供了一种简单直接的隔膜设计方法。

文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202206113