Facile Synthesis of Heterostructured MoS2–MoO3 Nanosheets with Active Electrocatalytic Sites for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries

多硫化物 材料科学 异质结 电化学 分离器(采油) 化学工程 氧化剂 硫黄 催化作用 电极 纳米技术 电解质 化学 光电子学 有机化学 冶金 热力学 物理 工程类 物理化学
作者
Da Lei,Wenzhe Shang,Xu Zhang,Yongpeng Li,Shaoming Qiao,Yiping Zhong,Xiaoyu Deng,Xiaoshan Shi,Qiang Zhang,Ce Hao,Xuedan Song,Fengxiang Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (12): 20478-20488 被引量:165
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c09007
摘要

In order to overcome the shuttling effect of soluble polysulfides in lithium-sulfur (Li-S) batteries, we have designed and synthesized a creative MoS2-MoO3/carbon shell (MoS2-MoO3/CS) composite by a H2O2-enabled oxidizing process under mild conditions, which is further used for separator modification. The MoS2-MoO3 heterostructures can conform to the CS morphology, forming two-dimensional nanosheets, and thus shorten the transport path of lithium ion and electrons. Based on our theoretical calculations and experiments, the heterostructures show strong surface affinity toward polysulfides and good catalytic activity to accelerate polysulfide conversion. Benefiting from the above merits, the Li-S battery with a MoS2-MoO3/CS modified separator exhibits good electrochemical performance: it delivers a high discharge capacity of 1531 mAh g-1 at 0.2 C; the initial capacity can be maintained by 92% after 600 cycles at 1 C, and the discharge capacity decay rate is only 0.0135% per cycle. Moreover, the MoS2-MoO3/CS battery still achieves good cycling stability with 78% capacity retention after 100 cycles at 0.2 C with a high sulfur loading of 5.9 mg cm-2. This work offers a facile design to construct the MoS2-MoO3 heterostructures for high-performance Li-S batteries, and may also improve one's understanding on the heterostructure contribution during polysulfide adsorption and conversion.
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