锂枝晶生长是锂金属负极（LMA）实际应用的主要障碍之一。

近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授报道了基于分层的MoS₂涂层空心碳颗粒（C@MoS₂/S）的硫预载空心纳米结构，以改性LMA。

文章要点

1）研究人员首先制备均匀的花生状α-Fe₂O₃颗粒，然后制备简便的聚多巴胺（PDA）涂层（步骤I）以获得PDA涂层的Fe₂O₃（Fe₂O₃@PDA）。PDA的随后碳化和Fe₃O₄核的HCl蚀刻（步骤II）导致形成花生状碳中空结构。然后，通过简单的水热法成功地在碳表面上生长出一层MoS2分层（步骤III）。最后，采用热扩散法将一定量的硫负载到空心结构中（步骤IV），制备了C@MoS₂/S复合材料。

2）FESEM图像显示，C@MoS2/S复合材料很好地保持了花生状的形状(图3a，b)，没有发现不规则的颗粒。这表明硫被排他地负载到C@MoS2中空结构中。TEM图像显示，C@MoS2/S的一些内部空间在负载硫后的对比度变得更暗(图3c，d)，表明C@MoS2内部已经负载了一定量的硫。此外，用FESEM观察了不同电镀容量的裸铜箔(b-Cu)、C@MoS2改性铜箔(C@MoS2-Cu)和C@MoS2/S改性铜箔(C@MoS2/S-Cu)上锂的沉积行为。

3）C@MoS2中空纳米结构可作为重复进行镀锂/剥离的良好支架。更重要的是，包封的硫可以在镀锂/剥离过程中逐渐释放多硫化锂，这是一种有效的添加剂，可促进嵌有结晶杂化锂基组分的嵌固体电解质中间层的形成。这两个因素共同作用，有效地抑制了锂枝晶的生长。

4）冷冻电镜(Cryo-TEM)技术表明，SEI层中除了众所周知的Li₂O外，还含有LiF、Li₃N和Li₂S等锂化合物。人们认为，这种独特的LiF-Li₃N-Li₂S组合可以显着稳定SEI层，从而在长期放电-充电过程中保护金属锂。结果表明，经C@MoS₂/S改性的LMA在半电池和全电池中均表现出良好的循环性能。改性后的LMA在1 mA cm^-2的电流密度下循环500次，库仑效率高达98%。当与LiFePO₄正极匹配时，组装的全电池显示出300个循环的高度改善的循环寿命，，这表明所提出的LMA改性策略是可行的。

Huadong Yuan, et al, Sulfur-Preloaded Double-Shelled C@MoS₂ Structures as an Additive Reservoir for Stable Lithium Metal Anodes, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202001989

https://doi.org/10.1002/anie.202001989