青岛科技大学材料学院李桂村

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由氧化物和硒化物（硫化物、氮化物或碳化物）组成的异质结构在抑制LiPSs穿梭效应和促进锂硫电池充放电动力学方面得到广泛研究，因为异质结构可协同氧化物对多硫化锂（LiPSs）的优异吸附性和硒化物（硫化物、氮化物或碳化物）对多硫化锂（LiPSs）的催化转化作用。然而受限于异质结构中吸附主体和催化主体的异位性，LiPSs的吸附-催化路径受限于局部界面，有限的活性位点难以满足高性能锂硫电池的需要。同时，除了LiPSs还原为Li2S2的液-固转化步骤之外，Li2S2还原为Li2S的固-固转化步骤和Li2S氧化为Li2S2的固-固转化步骤也应当给予更多的关注和研究。因此，探索同时兼具吸附催化功能的材料和兼顾硫的氧化动力学与还原动力学的工作显得尤为重要。

         在这项工作中，青岛科技大学李桂村教授与张忠华副教授等人首先通过第一性原理（DFT）计算对比了富硒空位的 VSe2-x与V2O3对LiPSs的吸附作用和催化转化作用。研究结果表明：原本对LiPSs吸附性能不及V2O3的VSe2，经过硒空位的修饰，对LiPSs吸附性能得到大大增强。同时，富硒空位的 VSe2-x在LiPSs还原为Li2S2的液-固转化步骤、Li2S2还原为Li2S的固-固转化步骤和Li2S氧化为Li2S2的固-固转化步骤中大大降低了转化能垒，起到了双向催化作用。
         本实验中，借助独特纳米花片结构的聚苯胺-五氧化二钒前驱体，可控地设计了富硒/无硒空位氮掺杂碳@氧化钒-硒化钒异质结（NC@VO-VSe）和氮掺杂碳@氧化钒（NC@VO），系列多硫化物吸附与催化反应的测试（如，可视化吸附、对电池、硫化锂沉积实验、电化学测试）对DFT计算结论进行论证。结果表明：S/NC@VO-VSe正极的穿梭效应得到有效抑制，充放电动力学得到极大改善，在 2 C 下具有 693.7 mAh·g−1 的出色倍率能力，在 2 C 下 1000 次循环内具有显著的长期循环能力。
          本工作通过空位修饰策略，从材料设计的角度将材料对 LiPS 的吸附作用和催化作用耦合起来，提出的“双向催化功能”对于兼顾锂硫电池充电动力学与放电动力学的研究具有一定的参考意义。


         文章信息：Y. Li, Z. Zhou, Y. Li, et al. Selenium vacancies enable efficient immobilization and bidirectional conversion acceleration of lithium polysulfides for advanced Li-S batteries. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4552-7..