Unravel the anchoring effect and charge changes of Li2Sn on 2D-TMDs for Li-S batteries: A DFT study

多硫化物 阴极 吸附 材料科学 过渡金属 锚固 催化作用 金属 化学物理 纳米技术 化学 电极 物理化学 电解质 有机化学 结构工程 工程类 冶金
作者
Fenning Zhao,Yutong Yang,Xue Han,Fuling Tang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier]
卷期号:976: 173068-173068
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.173068
摘要

Two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D-TMDs) with a large specific surface area and stable layer structure, have been produced as catalysis, photonics, or other discipline materials. In this work, we investigated their strong polysulfide compatibility and new possible usage as lithium-sulfur (Li-S) batteries cathode materials. We explored the anchoring effect and charge changes of polysulfides (Li2Sn, n = 1, 2, 4, 6, 8, including S8) on 2D-TMDs (TM are Fe, Co, Cu, Zn, Ni, Pt, and Pd) matrix materials using first-principles calculations. The electrostatic potentials of 2D-TMDs indicated that they possess a plate structure with a positively charged core and negatively charged outer sides, which facilitates the adsorption of positively charged Li+. It was found that 2D-FeS2 is a special one, and it adsorbs Li2S stronger than other 2D-TMDs, with an adsorption energy of − 4.28 eV and charge changes of 1.32 e. We also confirmed a significant linear relationship between the power of charge changes (Q) and the adsorption energy: E = 0.43 + 1.76 Q2.8 for 2D-FeS2 and E = 0.08 + 2.74 Q1.5 for other 2D-TMDs, respectively. And the correlation coefficient is larger than 0.90. These seven materials are expected to be viable cathode materials, providing a theoretical foundation for the usage of 2D-TMDs in Li-S batteries.
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