锂硫电池具有较高的理论比容量（1675 mAh g^-1）和能量密度（2600 Wh kg^-1），被认为是极具发展前景的下一代储能体系。但是，它们的多步和多相反应行为会导致多硫化锂（LiPSs）的复杂穿梭效应以及硫氧化还原反应过程中反应动力学的缓慢，这在很大程度上阻碍了锂硫电池的商业化应用。

  基于物理或化学限制的各种策略已经实施以解决臭名昭著的穿梭效应。通常，物理屏障主要是通过使用多孔碳材料来装载硫来实现的，但是大多数非极性材料不能在长周期内有效地抑制极性放电中间体（LiPS）的穿梭作用。化学吸附可以通过在LiPS和极性材料之间形成化学键来有效地减轻穿梭效应。但是，大多数极性材料的导电性差，导致吸附的硫组分难以转移，形成“死硫”，很难再利用。

  近日，博士生张隆、博士生刘意成（共同一作）在国际期刊ACS Nano上报道了由MIL-47（V）衍生的催化异质结构可以有效且同步地解决上述问题，即抑制穿梭效应，改善LiPS转化动力学并增加硫的质量负载/利用率。他们构建了一种多功能正极材料，其中硫负载在源自MIL-47（V）的V₂O₃ / V₈C₇ @C上；石墨烯用作导电衬底，碳化框架保留了MIL-47（V）高孔隙率和高比表面积（328.6 m² g^-1）的特性，因此可以实现高硫负荷。石墨烯不仅在提高电导率方面起作用，而且还充当阻止硫损失的物理屏障。更重要的是，均匀分布在碳质骨架上的V₂O₃ / V₈C₇异质结构可以增强LiPS从捕获到转移和转化的调控，避免了LiPS在电解质中的积累，并提高了硫的利用率。基于以上特性，正极表现出极高的速率能力（587.6 mA h g^-1 at 5 C）和长的循环寿命（1000个循环后，每个循环的衰减率为0.017%）。即使在高硫负载下（8.1 mg cm^-2），正极也具有出色的电化学性能。更关键的是，V₂O₃ / V₈C₇异质结构可以更进一步应用于软包电池。即使经过150次循环，该电池仍可以保持4.3 mA h cm^-2（716.8 mA h g^-2）的出色面积容量，这仍然高于商用锂离子电池（4.0 mA h cm^-2）和大多数Li-S电池报道的结果。这种解决高硫负载下穿梭效应的策略为高性能锂硫电池的进一步发展提供了一种有效的新思路。

详情请见：Long Zhang,^#  Yicheng Liu,^# Zedong Zhao, Peilu Jiang, Teng Zhang, Mengxiong Li, Shaoxue Pan, Tianyu Tang, Tianqi Wu, Peiying Liu, Yanglong Hou,* and Hongbin Lu* .Enhanced Polysulfide Regulation via Porous Catalytic V2O3/V8C7 Heterostructures Derived from Metal-Organic Frameworks toward High-Performance Li−S Batteries. ACS Nano, 2020. DOI: 10.1021/acsnano.0c02762

论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02762

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