尽管锂-硫（Li−S）电池具有高比能量和对下一代储能的巨大前景，但其存在多硫化物穿梭、氧化还原动力学缓慢和循环性能差的问题。需要催化剂来加速多硫化物转化并抑制穿梭效应。然而，构效关系的缺乏阻碍了高效催化剂的合理开发。

近日，西北大学Junfeng Hui，Qingshan Zhu，Huigang Zhang初步研究了Nb−V−S系统，并合成了VS2、NbS2和Nb3VS6（NbV1/3S2），以解释它们在Li−S电池中催化活性的差异。

文章要点

1）经过比较，发现VS₂对多硫化物的吸附能力比NbS₂略强，从而具有较高的催化活性。当将 1/3 V 引入 NbS₂ 板的层间位点时，所得 Nb₃VS₆ 与 NbS₂ 和 VS₂ 相比表现出优异的催化活性。

2）使用Nb₃VS₆作为催化剂，Li−S电池在0.1 C时具有1541 mAh g⁻¹的高容量，在2 C时具有1037 mAh g⁻¹的高容量，在1000次循环后仍可保持初始容量的73.2%。

3）理论模型表明，Nb₃VS₆ 的高催化活性可能是由于 [NbS₆] 板之间面内断开的 [VS₆] 八面体所致。 [VS₆]八面体表面的欠配位S原子比基面的[NbS₆]/[VS₆]多面体对多硫化物的吸附更强，从而具有较高的催化活性。

因此，这种通过在二维板之间引入V形成的中间化合物为制造高效Li−S催化剂提供了另一种方法。

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Huiting Cheng, et al, Vanadium Intercalation into Niobium Disulfide to Enhance the Catalytic Activity for Lithium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c02634

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02634