【東大新聞網4月25日電】（通訊員 孫正明 潘龍）日前，AG真人娱乐材料科學與工程學院孫正明教授團隊在國際知名期刊Advanced Materials上以“MXene-derived TinO2n-1 quantum dots distributed on porous carbon nanosheets for stable and long-life Li−S batteries: Enhanced polysulfide mediation via defect engineering”為題發表學術研究論文，介紹了其在長壽命锂硫電池材料設計制備與機理研究方面的最新進展。
锂硫電池因具有數倍于锂離子電池的理論能量密度（2600 W h kg–1）而被認為是最具前景的下一代電化學儲能器件之一。然而，單質硫與多硫化物的低電導率、多硫化物的穿梭效應、循環過程中的巨大體積效應等因素嚴重制約着锂硫電池的商業化應用。
孫正明教授團隊近年來面向我國新材料與新能源領域的重大需求，開展了高能量密度、高功率密度、大規模以及柔性儲能等技術的共性理論與應用開發的研究。在前期工作基礎上(Nanoscale, 2020, 12, 24196; 2D Mater, 2020, 7, 025049; ACS Appl Energy Mater, 2019, 2, 705等)，提出了一種集物理限域、化學吸附和催化轉化于一體的“all-in-one”硫載體，大幅提升了锂硫電池的循環穩定性。該工作利用新型二維材料MXene為單一前驅體，首次通過可控原位轉換策略構築了富含氧空位的氧化物量子點修飾多孔碳納米片複合結構。通過原位拉曼、多硫化物吸附、第一性原理計算等多種實驗與理論方式揭示了氧空位及其複合結構對多硫化物的吸附和催化轉化作用機制。該複合結構電極在快充（2C）下循環1000圈後依然具有88%的容量保持率。不僅如此，在4.8 mg cm–2硫負載量和4.5 μL mg–1貧電解液下仍然表現出良好的循環性能，并可用于柔性軟包電池。該工作為不僅為碳負載缺陷型氧化物量子點材料開發提供了新策略，也為理解多硫化物轉化過程和穿梭效應抑制機理提供了新思路。
圖：MXene原位構築缺陷型氧化物量子點修飾的多孔碳片及其對多硫化物的可逆催化轉化過程
AG真人娱乐材料科學與工程學院博士生張恒、至善博士後楊莉為本文共同第一作者，潘龍副教授和孫正明教授為共同通訊作者，AG真人娱乐為第一完成單位。該工作得到了國家自然科學基金重點項目、江蘇省雙創團隊、江蘇省自然科學基金青年項目和江蘇省研究生科研創新實踐計劃等項目資助。
論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008447
供稿：材料科學與工程學院
