Two-dimensional organic-inorganic heterostructures of in situ-grown layered COF on Ti3C2 MXene nanosheets for lithium-sulfur batteries

材料科学 化学工程 硫黄 异质结 原位 锂(药物) 纳米技术 化学 光电子学 冶金 有机化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Ruijin Meng,Qiyi Deng,Chengxin Peng,Bingjie Chen,Kexuan Liao,Lunjin Li,Ziyi Yang,Donglei Yang,Lei Zheng,Chi Zhang,Jinhu Yang
出处
期刊:Nano Today [Elsevier]
卷期号:35: 100991-100991 被引量:138
标识
DOI:10.1016/j.nantod.2020.100991
摘要

The development of sulfur host materials with simultaneous suppressed shuttle effect, improved electrical/ionic conductivity and high sulfur loading is highly desired for lithium-sulfur batteries. Herein, we proposed that two-dimensional heterostructures made of layered covalent triazine framework on Ti3C2 MXene nanosheets (CTF/TNS) as a sulfur host show multiple-in-one advantages for lithium-sulfur batteries. The integrity of organic CTF with ordered pore structure and inorganic TNSs with high conductivity imparts the heterostructures three-dimensional spatial confinement for high sulfur loading and efficient electron/ion transport for improved reaction kinetics. In addition, lithiophilic N sites in CTF and sulfurophilic Ti sites in TNSs enable dual-site chemical anchoring of polysulfides to effectively suppress shuttle effect. With a high sulfur loading of 76 wt%, the [email protected]/TNS cathode shows high reversible capacity (1441 mA h g−1 at 0.2 C), outstanding cycling stability (up to 1000 cycles at 1 C with a 0.014 % capacity decay rate per cycle) and excellent rate capability. Notably, even with a high areal sulfur loading of 5.6 mg cm−2, a high capacity retention of 94 % is still obtained after 100 cycles.
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