Interfacial Coupling toward Bismuth Sulfide/MXene Heterostructures Empowering Reversible Magnesium Storage

材料科学 异质结 镁 铋 阳极 密度泛函理论 储能 硫化物 纳米技术 化学工程 光电子学 电极 冶金 物理化学 热力学 计算化学 功率(物理) 工程类 化学 物理
作者
Yibo Du,Zhitao Wang,Miao Tian,Heping Ma,Dong‐Sheng Li,Wenming Zhang,Hui Ying Yang,Song Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (34): 44636-44644 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01423
摘要

Bismuth-based compounds based on conversion-alloying reactions of multielectron transfer have attracted extensive attention as alternative anode candidates for rechargeable magnesium batteries (rMBs). However, the inadequate magnesium storage capability induced by the sluggish kinetics, poor reversibility, and terrible structural stability impedes their practical utilization. Herein, monodispersed Bi2S3 anchored on MXene has been prepared via a simple self-assembly strategy to induce the interfacial bonding of Ti-S and Ti-O-Bi. Unique superiority, including good electrical conductivity, high mechanical strength, and rapid charge transfer, is cleverly integrated together in the Bi2S3/MXene heterostructures, which endowed heterostructures with enhanced magnesium storage performance. Density functional theory calculations combined with kinetic behavior analyses confirm the favorable charge transfer and low ion diffusion barrier in hybrids. Furthermore, a stepwise insertion-conversion-alloying reaction mechanism is revealed in depth by ex situ investigations, which may also account for promoting performance. This work provides significant inspirations for constructing ingenious multicompositional hybrids by strong interfacial coupling engineering toward high-performance energy storage devices.
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