二硫化釩（VS₂）因具有豐富的來源、優(yōu)良的電子傳導性能和獨特的二維（2D）層狀結(jié)構(gòu)，已被廣泛用于電化學儲能研究。此外，與金屬氧化物中的M–O鍵相比，VS₂中的V–S鍵較弱，更有利于鋰化/脫鋰過程。

然而，VS₂電極面臨了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差和比容量低等關鍵科學問題，這導致其實際容量偏低和循環(huán)壽命較短，從而大大限制了VS₂在鋰離子電池（LIBs）的大規(guī)模應用。

在此，西南科技大學宋英澤教授、萬琦副研究員&北京科技大學劉志偉&阿德萊德大學郭再萍教授等團隊設計出不同Mo原子摻雜濃度（0~7.5%）的花狀VS₂材料，并用于LIBs的電化學性能優(yōu)化。研究表明：5%Mo-VS₂用作正極可明顯地提升LIBs的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

研究工作還結(jié)合了電化學表征、原位X射線衍射技術（XRD）和理論計算，揭示了5%Mo-VS₂儲鋰性能提升的原因：（1）VS₂花狀形貌利于暴露出了更多的活性位點；（2）VS₂花狀形貌可有效地緩解VS₂體積膨脹效應，從而避免了電極的結(jié)構(gòu)坍塌和粉化；（3）5%Mo賦予VS₂更大的層間距、更低的Li+擴散能壘、更強的Li+吸附能和更好的電子傳導性能。

圖1. 基于不同Mo原子濃度的Mo-VS₂正極的電化學性能

具體而言，通過Mo原子摻雜工程制備出高性能的Mo-VS₂儲鋰材料，研究了不同Mo原子摻雜量對VS₂鋰儲存性能的影響。研究表明：VS₂的花狀形貌可有效地緩解了充/放電過程中因體積膨脹所導致的電極結(jié)構(gòu)塌陷和粉化，從而確保了穩(wěn)定的儲鋰過程。此外，濃度為5.0 %的Mo原子使VS₂具有更大的層間距，更低的Li+擴散能壘，更高的Li+吸附能和更好的電子傳導性能，促進了電化學反應的動力學過程，進而有效提升了LIBs的電化學性能。

此外，本工作還測試了半電池的CV曲線、充放電曲線、倍率和長循環(huán)性能，結(jié)果表明：Mo原子的摻雜量與VS₂的儲鋰性能有著密切的關聯(lián)。具體來看，隨著Mo原子摻雜量的不斷增加，VS₂正極對Li+的儲存能力先增加后降低。特別地，Mo原子摻雜量為5%時，VS₂正極呈現(xiàn)出最優(yōu)的電化學性能：0.2 A g^?1下，50次循環(huán)后的放電比容量為293.3 mA h g^?1；1.0 A g^?1下，500次循環(huán)后的放電比容量為260.8 mA h g^?1，容量衰減率為每圈0.009%。

圖2. 基于原位XRD和間位XPS解析Mo原子摻雜效應對VS₂儲鋰性能的影響

Molybdenum Atom Engineered Vanadium Disulfide for Boosted High-Capacity Li-Ion Storage，?Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202301738