MXene‐Derived TinO2n−1 Quantum Dots Distributed on Porous Carbon Nanosheets for Stable and Long‐Life Li–S Batteries: Enhanced Polysulfide Mediation via Defect Engineering

多硫化物 材料科学 量子点 催化作用 化学吸附 吸附 多孔性 电解质 氧化还原 纳米技术 化学工程 电极 复合材料 物理化学 化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Heng Zhang,Yang Li,Peigen Zhang,Chengjie Lu,Dawei Sha,Bingzhen Yan,Wei He,Min Zhou,Wei Zhang,Long Pan,ZhengMing Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (21): e2008447-e2008447 被引量:187
标识
DOI:10.1002/adma.202008447
摘要

The application of Li-S batteries has been hindered by the shuttling behavior and sluggish reaction kinetics of polysulfides. Here an effective polysulfide immobilizer and catalytic promoter is developed by proposing oxygen-vacancy-rich Tin O2 n -1 quantum dots (OV-Tn QDs) decorated on porous carbon nanosheets (PCN), which are modulated using Ti3 C2 Tx MXene as starting materials. The Tn QDs not only confine polysulfides through strong chemisorption but also promote polysulfide conversion via redox-active catalysis. The introduction of oxygen vacancies further boosts the immobilization and conversion of polysulfides by lowering the adsorption energy and shortening the bond lengths. The PCN provides a physical polysulfide confinement as well as a flexible substrate preventing OV-Tn QDs from aggregation. Moreover, the two building blocks are conductive, thereby effectively improving the electron/charge transfer. Finally, the ultrasmall size of QDs along with the porous structure endows OV-Tn QDs@PCN with large specific surface area and pore volume, affording adequate space for S loading and volume expansion. Therefore, the OV-Tn QDs@PCN/S delivers a high S loading (79.1 wt%), good rate capability (672 mA h g-1 at 2 C), and excellent long-term cyclability (88% capacity retention over 1000 cycles at 2 C). It also exhibits good Li+ storage under high S-mass loading and lean electrolyte.
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