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催化被認為是緩解鋰硫電池緩慢反應動力學和嚴重穿梭效應的有效策略。東華大學羅維、鄒儒佳等首次報道了一種用于合成由超薄二維Ti₃C₂TX-TiN異質結構(MX-TiN)組成的空心球形結構，以用作新型高性能鋰硫電池電催化劑。

圖1. 材料制備及表征

二維異質結構在Ti₃C₂T_x MXene和TiN之間通過形成的鍵緊密接觸，具有大量界面區域，以激發高密度電子流，實現導電性的整體增強，從而提供低電阻、高電化學反應動力學。TiN（001）表面還顯示出優異的電子結構，具有良好的吸附能力和高催化活性。此外，超薄層狀異質結構的厚度被控制在幾納米，這縮短了催化劑到活性硫物質的電子擴散距離，并通過豐富的吸附和催化位點擴大了表面積。

根據DFT計算，多硫化物（LiPSs）通過化學鍵牢固地固定在MX-TiN表面，通過降低從液態Li₂S₄到固態Li₂S₂/Li₂S的轉化勢壘，反應動力學大大增強。從整體上看，中空球形結構可以實現高硫負載，抑制二維結構的自發重新堆疊，將LiPSs緊緊地困在球內，并在放電過程中適應大體積膨脹。

圖2. 對LiPSs的催化轉化

得益于這些優勢，S/MX-TiN正極顯示出卓越的初始容量、高倍率性能和出色的長期循環性能。更重要的是，在高硫負載（10.16 mg cm^-2）和貧電解液（E/S?=?7.84）下，S/MX-TiN正極仍提供了令人印象深刻的面積容量（8.27 mAh cm^-2），提高了鋰硫電池實際應用的可行性。憑借這項工作產生的見解，作者期望超薄二維異質結構的合理設計和構造不僅可以提高鋰硫電池系統的性能，還可以拓寬其他儲能和轉換系統的電催化劑設計視野。

圖3. Li-S電池性能

Construction of Ultrathin Layered MXene-TiN Heterostructure Enabling Favorable Catalytic Ability for High-Areal-Capacity Lithium–Sulfur Batteries. Nano-Micro Letters 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00935-0

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