协同诱导三维Li2S沉积提升锂硫电池双向转化动力学

为解决锂硫(Li-S)电池中硫与Li2S双向转化动力学缓慢的问题，研究人员设计了一种MXene@MoSe2多孔碳纳米纤维(PCNFs)层级结构。该结构通过异质结界面协同促进Li2S三维成核，内置电场加速锂离子扩散，使电池在2000次循环后容量衰减率低至0.023%/次，为优化Li2S氧化还原化学提供了新范式。

　　

锂硫(Li-S)电池的性能核心在于硫与硫化锂(Li₂S)的可逆转化效率。这项研究构建了MXene@MoSe₂修饰的多孔碳纳米纤维(PCNFs)三维骨架，犹如为电化学反应搭建了"立体高速公路"。其中二维材料MXene化身"智能卫士"有效拦截多硫化物的穿梭效应，而锚定在表面的二硒化钼(MoSe₂)纳米片则像"分子级催化剂"，既暴露活性位点又避免Li₂S绝缘层导致的"交通堵塞"。

研究发现异质结界面的协同效应可诱导Li₂S进行三维立体沉积，这种独特的"自下而上"生长模式显著缓解了电极表面钝化问题。更有趣的是，材料界面自发形成的"内置电场"如同安装了离子加速器，使锂离子扩散能垒降低42%。理论计算揭示MoSe₂的硒空位对多硫化物转化具有"分子钳"效应，而MXene的钛原子则像"电子交换机"促进电荷转移。

基于该催化体系的电池展现出惊人的循环稳定性，在5C高倍率下仍保持82.3%的容量保持率，相当于每天仅损失0.000115%容量。这种"纳米反应器"设计理念为高能量密度储能器件开发提供了重要启示。