Interfacial and Electronic Modulation via Localized Sulfurization for Boosting Lithium Storage Kinetics

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作者
Tingting Ruan,Bo Wang,Yubo Yang,Xu Zhang,Rensheng Song,Ning Yu,Zhen‐Bo Wang,Haijun Yu,Yu Zhou,Dianlong Wang,Huan Liu,Shi Xue Dou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (17) 被引量:119
标识
DOI:10.1002/adma.202000151
摘要

Structural modulation endows electrochemical hybrids with promising energy storage properties owing to their adjustable interfacial and/or electronic characteristics. For MXene-based materials, however, the facile but effective strategies for tuning their structural properties at nanoscale are still lacking. Herein, 3D crumpled S-functionalized Ti3 C2 Tx substrate is rationally integrated with Fe3 O4 /FeS heterostructures via coprecipitation and subsequent partial sulfurization to induce a highly active and stable electrode architecture. The unique heterostructures with tuned electronic properties can induce improved kinetics and structural stability. The surface engineering by S terminations on the MXene further unlocks extra (pseudo)capacitive lithium storage. Serving as anode for lithium storage, the optimized electrode delivers an excellent long-term cycling stability (913.9 mAh g-1 after 1000 cycles at 1 A g-1 ) and superior rate capability (490.4 mAh g-1 at 10 A g-1 ). Moreover, the (de)lithiation pathways associated with energy storage mechanisms are further revealed by operando X-ray diffraction, in situ electroanalytical techniques, and first-principles calculations. The hybrid electrode is proved to undergo stepwise phase transformations during discharging but a relatively uniform reconversion during charging, suggesting an asymmetric conversion mechanism. This work provides a novel strategy for designing high-performance hybrids and paves the way for in-depth understanding of complex lithium intercalation and conversion reactions.
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