锂-硫（Li−S）电池具有理论能量密度高、成本低、环保等优点，在下一代电子产品中具有广阔的应用前景。然而，锂多硫化物的穿梭效应和缓慢的反应动力学严重阻碍了Li−S电池的实际应用。

基于此，河北工业大学张永光，华南师范大学王新，加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授报道了理论设计并制备出用于Li−S电池的分级多孔Mxene微球先进电催化剂。

文章要点

1）研究发现，在喷雾干燥过程中，Mxene纳米片上原位形成了O−Ti−C表面氧化层。然后，采用简单的化学腐蚀方法选择性去除Ti₃C₂ MXene纳米薄片上的Ti−O键，形成大量的不饱和Ti位，并形成规整的层状多孔织构。由此产生的裸露的边缘和不饱和的配位Ti使得MXene和LiPS之间存在强主−客体相互作用，导致强大的硫吸附和快速的氧化还原反应。坚固的结构抑制了材料的重新堆积，缓解了充放电过程中的体积膨胀，为良好的电化学性能提供了快速的质量/电荷传输。

2）在上述优点的基础上，采用S/3D e-Ti₃C₂-2正极的电池在0.2 C时的放电容量为1205.9 mAh g⁻¹，在5.0 C时的放电倍率性能为772.4 mAh g⁻¹。即使在提高硫负载量达到6.1 mg cm⁻²的情况下，S/3D e-Ti₃C₂-2正极仍具有优异的电化学性能。

本研究提供了一种有利的设计策略，将具有丰富活性边缘中心的Ti₃C₂ Mxene材料与加速LiPS催化转化的Ti₃C₂ Mxene材料协同结合，为未来性能优越的Li−S电池的创新设计做出贡献。

参考文献

Tong Wang, et al, Hierarchically Porous Ti₃C₂ MXene with Tunable Active Edges and Unsaturated Coordination Bonds for Superior Lithium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c06213

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06213