华工/哈工大Small：N掺杂超薄MoS2纳米片的空心纳米管助力Li-S电池

制备具有合理结构和催化活性的MoS₂-基材料来改善锂多硫化物（LiPSs）转化的缓慢动力学对锂-硫电池（LSBs）具有重要意义，但还具有挑战性。基于此，华南理工大学黎立桂副教授、哈尔滨工业大学安茂忠教授等人报道了利用CdS纳米棒作为牺牲模板，制备了由N掺杂超薄MoS₂纳米片组成的空心纳米管（N-MoS₂ NHTs）作为LSBs的高效S宿主。

测试发现，N-MoS₂ NHTs@S正极在1.0 C（500次循环）下具有良好的初始容量887.8 mAh g⁻¹和稳定的循环性能，每循环容量衰减仅为0.0436%。此外，即使在7.5 mg cm⁻²的高S负载量下，N-MoS₂ NHTs@S正极在0.2 C时也具有7.80 mAh cm⁻²的初始优异面容量。

通过DFT计算，作者研究了制备样品对S参与反应的催化机理。根据Li₂S_x在催化剂表面的吸附模型和相应的吸附能，其中N掺杂的MoS₂比MoS₂表现出更高的吸附能，表明N掺杂的MoS₂对Li₂S_x的吸附能力更强。

作者计算了S₈到Li₂S的各个步骤的吉布斯自由能变化（ΔG），其中决定速率的步骤（RDS）是Li₂S₈转化为Li₂S₆，N掺杂的MoS₂显示出较低的ΔG为0.15 eV，小于MoS₂（0.21 eV），表明N掺杂可以有效降低RDS的能垒，提高MoS₂向LiPSs转化的性能。

此外，态密度（DOS）有助于理解内部电子结构的差异。当d波段中心更接近费米能级时，金属和吸收的LiPSs之间的相互作用更强。结果表明，MoS₂的d带中心为-3.49 eV，而N掺杂MoS₂的d带中心为-3.27 eV，表明掺杂N可以促进LiPSs的吸附。DFT计算表明，N掺杂可以导致层间空间的扩大和电子分布的调整，最终增强LiPSs的转化。

N-Doping Induced Lattice Expansion of 1D Template Confined Ultrathin MoS₂ Sheets to Significantly Enhance Lithium Polysulfides Redox Kinetics for Li-S Battery. Small, 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202303015.