Cooperative catalytic Mo-S-Co heterojunctions with sulfur vacancies for kinetically boosted lithium-sulfur battery

异质结 空位缺陷 材料科学 催化作用 电池(电) 化学吸附 化学工程 吸附 硫黄 无机化学 共价键 纳米技术 光电子学 降级(电信) 工作(物理) Boosting(机器学习) 电导率 光伏系统
作者
Haobin Song,Tong Li,Tingting He,Zhouhao Wang,Daliang Fang,Ye Wang,Xue Liang Li,Daohong Zhang,Junping Hu,Shaozhuan Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:450: 138115-138115 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138115
摘要

The intelligent design of catalytic materials with unique architectures has a significant impact on regulating the polysulfides (LiPSs) conversion and boosting the performance of Li − S batteries. Here, starting from 2D catalytic MoS2 nanosheets and combined with the first-principle calculations, the covalent heterojunction and S vacancy are simultaneously developed in MoS2 to regulate the electronic structure and improve the LiPSs conversion kinetics. The S vacancy and heterojunction (MoS2-x-Co9S8-y) engineering can significantly improve the electrical conductivity of MoS2 by incorporating shallow donor levels into the MoS2. Moreover, the incorporation of Co9S8-y greatly improves the chemisorption ability of heterostructure towards LiPSs. The LiPSs are preferentially adsorbed at the catalytic Mo-S-Co heterojunction, where both Li+ and e- are easy to access. The coupled fast Li+/e- transportation of MoS2-x-Co9S8-y enables direct and fast LiPSs “adsorption-conversion” at the catalytic Mo-S-Co heterojunction with enhanced bidirectional catalytic properties. Due to the ingenious co-engineering of S vacancy and heterointerface, the Li − S cell with MoS2-x-Co9S8-y/rGO interlayer delivers high sulfur utilization (1382.5 mAh/g at 0.1C), excellent rate capability (710.2 mAh/g at 3C), and long cycle life over 600 cycles (0.06 % capacity decay per cycle). This work demonstrates the great potential of anion deficiency and heterojunction co-construction for high-performance Li − S batteries.
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