随着高能量密度电池需求的不断增大，理论容量高达675mAh g^-1、能量密度高达2600 kW kg^-1的锂硫电池受到越来越多的关注。尽管LiSB具有很大的潜力，但它仍存在一些严重阻碍其实际应用的缺点，如多硫化锂(LiPS)的“穿梭效应”、硫和短链硫化物的绝缘性等。为了缓解这些问题，已经进行了大量研究，其中重建电极是最有效的方法之一。近年来，人们发现富硫正极固-液固相转变的迟滞性是解决硫全转化动力学问题的关键，而全转化动力学是实现高硫利用率的关键。机理研究表明，在S_(S)-Li₂S_x(可溶性，x>6)-Li₂S_y(可溶性，y>2)-Li₂S_(S)从开始放电到充分放电的相变过程中，既有电化学途径，也有化学途径。LiPS可以电化学沉积到Li₂S上，也可以化学不成比例地沉积到Li₂S上。因此，在硫电极上使用适当的催化可以改变相变，特别是在高硫负载电极上。利用MoS₂及其复合材料作为硫载体来改善LiPSs电化学性能的研究日益增多。然而由于较差导电性，相邻MoS₂单分子层间距有限等导致严重的聚集效应并削弱催化活性。很难利用层次化结构、富缺陷结构、薄层结构和杂化异质结构等来最大化MoS₂材料作为硫载体的催化活性中心和转化效率。

有鉴于此，中科大程旭东副研究员，Heping Zhang报道了由层状超结构纳米片(-MoS₂-碳层-MoS₂-)组成的层间距增大的MoS₂纳米管(LE-MoS₂)，并探索了其在LiSBs中的应用潜力。

文章要点

1）研究人员通过简单的溶剂热合成和退火处理制备了LE-MoS₂。SEM和TEM的图像显示了一维纳米管的整体形貌，内部为空心，表面起皱。纳米管的长度为0.5-4μm，内径约为92 nm，壁厚约为58 nm。TEM图像清楚地显示了LE-MoS₂纳米管的管壁是由层次化的纳米片组装而成的。

2）LE-MoS₂的(002)晶面大大扩展到1.04 nm，比传统的2H-MoS₂高67.7%。利用LE-MoS₂层间距增大的层状超结构，进一步增强了Li-S电池中S_(S)-Li₂S_x(可溶性，x>6)-Li₂S_y(可溶性，y>2)-Li₂S_(S)相变动力学和对可溶性Li₂S_y的固载作用。并通过原位X射线吸收近边结构谱(XANES)和第一性原理计算证明了其催化作用。此外，研究人员还利用定制的同步辐射真空紫外光电离质谱(SVUV-PIMS)深入研究了层次化超结构纳米片的形成过程。

Yuelei Pan, et al, Layer Spacing Enlarged MoS₂ Superstructural Nanotubes with Further Enhanced Catalysis and Immobilization for Li-S Batteries, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c01124

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01124