郑州大学《Small》：MoSe/石墨烯作为锂有机硫化物电池的高效主体和催化剂

成果简介

有机硫化物是很有前途的可充电锂电池高容量阴极材料。然而，缓慢的动力学和较低的利用率阻碍了其在电池中的实际应用。合理设计氧化还原介质并确定其活性分子仍然是一项艰巨的挑战。目前，作为过渡金属二硫族化合物的后起之秀，很少有层状MoSe2修饰的还原氧化石墨烯（rGO）(MoSe2@rGO)具有高电子电导率和窄能带的有机硫化物被用于操纵电催化氧化还原动力学，从而提高电池性能。

本文，郑州大学郭玮 教授团队在《Small》期刊发表名为“MoSe2@rGO as Highly Efficient Host and Catalyst for Li-Organosulfide Battery”的论文，研究报告了一种特殊的 MoSe2@rGO，其Se缺陷材料由生长在rGO上的二维 MoSe2 获得，用于锂二五亚甲基四硫醚（Li-PMTT）电池。具有 Se 缺陷的 MoSe2@rGO 具有较大的比表面积和足够的孔隙，对有机硫化物的转化反应具有出色的催化能力。因此，PMTT@MoSe2@rGO阴极在0.5C条件下的第一个循环就能产生405mAh g-1 的高可逆容量，并能在300个循环后保持238.3 mAh g-1 的比容量。这项工作有助于了解有机硫化物电化学的快速和持久性能，为开发切实可行的锂-有机硫化物电池材料设计带来了巨大希望。

图文导读

图1、a） Li-PMTT@MoSe2@rGO电池的插图。b） MoSe2@rGO合成示意图。

图2、a）MoSe2@rGO 的 SEM 图像；b,c）MoSe2@rGO 的 TEM 图像；d）e,f）MoSe2@rGO 的 HRTEM 图像和 g）MoSe2@rGO 的 STEM-EDX 图谱（红色-C、蓝色-Mo 和黄色-Se）。

图3、a) MoSe2@rGO 和 rGO 的拉曼光谱；b) MoSe2@rGO 和 rGO 的 XRD 图；c) MoSe2@rGO 的 EPR 光谱；d,e) Mo 3d 和 Se 3d 的 XPS 光谱；f) MoSe2@rGO 和 rGO 的 TGA 曲线。

图4、a) 在0.5C下电池的循环性能。b) 0.5C下第10个循环的电池充放电曲线。c) PMTT@MoSe2@rGO在不同C下的电压曲线和速率性能。

图5、a) 三种电池的奈奎斯特图。b) MoSe2@rGO、rGO 和 Super P 阴极对称电池在 10 mV s-1 扫描速率下的 CV 曲线。c) 加入 MoSe2@rGO、rGO 和 Super P 前后 Li2S6 溶液的紫外可见吸收光谱（插图：相应 Li2S6 溶液的数码照片）。d) 在透明玻璃瓶中以0.1mA 放电，MoSe2@rGO、rGO 和 super P 在开放式电池中的多硫化物吸收能力。e) 吸附模型俯视图以及带有 Se 缺陷的 MoSe2 (100) 平面与 (CH2)5NCS2Li 之间完全优化的吸附配置。

图6、a） 阴极峰值（Ia1、Ia2和Ia3）和阳极峰值（Ic1、Ic2和Ic3）的电流与扫描速率的平方根的关系图。b） 在2.05V下在MoSe2@rGO，c）rGO和d）Super P。

小结

综上所述，本文设计了一种导电主体材料MoSe2@rGO对于由rGO和MoSe2组成的具有Se缺陷的Li-PMTT电池，Se缺陷生长在rGO表面。MoSe2@rGO 对充放电产物具有吸附和催化的协同作用，可以提高锂-PMTT 电池的电化学性能。因此，PMTT@MoSe2@rGO 正极具有极佳的循环性能，在 0.5C下循环300次后，比容量高达 238.3mAh g-1。此外，在PMTT负载为 6.34mg cm-2 和电解液用量为5.58µL mg-1的低水平条件下，Li-PMTT 电池可循环60次，比容量保持在 236.3 mAh g-1 的较理想水平。值得注意的是，PMTT 负载为4.4mg cm-2的袋式电池在0.1C下循环100次后，比容量仍可达到189.05mAh g-1。有机硫化物与无机介质的有效结合为高性能锂电池的设计提供了新的前景

文献：https://doi.org/10.1002/smll.202304175