Elucidating the Volcanic-Type Catalytic Behavior in Lithium–Sulfur Batteries via Defect Engineering

催化作用 硫黄 材料科学 化学工程 锂(药物) 纳米技术 化学 有机化学 冶金 医学 工程类 内分泌学
作者
Yan Guo,Jing Li,Gaoqian Yuan,Junpo Guo,Yun Zheng,Yike Huang,Qi Zhang,Jielei Li,Jingjun Shen,Chenhao Shu,Jincheng Xu,Yuxin Tang,Wen Lei,Huaiyu Shao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (18): 18253-18265 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c05269
摘要

Defects are generally considered to be effective and flexible in the catalytic reactions of lithium-sulfur batteries. However, the influence of the defect concentration on catalysis remains ambiguous. In this work, molybdenum sulfide with different sulfur vacancy concentrations is comprehensively modulated, showing that the defect level and the adsorption-catalytic performance result in a volcano relationship. Moreover, density functional theory and in situ experiments reveal that the optimal level of sulfur defects can effectively increase the binding energy between molybdenum sulfide and lithium polysulfides (LiPSs), lower the energy barrier of the LiPS conversion reaction, and promote the kinetics of Li2S bidirectional catalytic reaction. The lower bidirectional catalytic performance incited by excessive or deficient sulfur defects is mainly due to the deformed geometrical structures and reduced adsorption of key LiPSs on the catalyst surface. This work underscores the imperative of controlling the defect content and provides a potential approach to the commercialization of lithium-sulfur batteries.
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