山東大學《Small》：硼摻雜石墨烯上的二元親硫酸鎳硼化物具有加速Li-S動力學的有益界面電荷

多硫化鋰（LiPS）的“穿梭效應”和緩慢轉化動力學是高能量密度鋰硫電池（LSB）的絆腳石，而先進的催化材料可以有效地避開這一障礙。過渡金屬硼化物具有二元LiPSs相互作用位點，增加了化學錨定位點的密度。本文，山東大學Xiaojian Ma、奚寶娟副教授等在《Small》期刊發表名為“Binary Sulfiphilic Nickel Boride on Boron-Doped Graphene with Beneficial Interfacial Charge for Accelerated Li–S Dynamics”的論文，研究提出通過石墨烯自發偶衍生的空間受限策略，合成了一種由硼摻雜石墨烯上的硼化鎳納米顆粒組成的新型核殼異質結構（Ni3B/BG）。

　　多硫化鋰（LiPS）的“穿梭效應”和緩慢轉化動力學是高能量密度鋰硫電池（LSB）的絆腳石，而先進的催化材料可以有效地避開這一障礙。過渡金屬硼化物具有二元LiPSs相互作用位點，增加了化學錨定位點的密度。本文，山東大學Xiaojian Ma、奚寶娟副教授等在《Small》期刊發表名為“Binary Sulfiphilic Nickel Boride on Boron-Doped Graphene with Beneficial Interfacial Charge for Accelerated Li–S Dynamics”的論文，研究提出通過石墨烯自發偶衍生的空間受限策略，合成了一種由硼摻雜石墨烯上的硼化鎳納米顆粒組成的新型核殼異質結構（Ni3B/BG）?！　i2S沉淀/離解實驗和密度泛函理論計算的結合表明，Ni3B和BG之間良好的界面電荷態提供了光滑的電子/電荷傳輸通道，促進了Li2S4-Ni3B/BG和Li2S-Ni3B/BG系統之間的電荷轉移。得益于這些，實現了LiPS的固液轉化動力學和Li2S分解的能壘降低。因此，采用Ni3B/BG改性PP隔膜的LSB具有顯著改善的電化學性能，具有優異的循環穩定性（在2℃下600次循環，每次循環衰減0.07%）和在10℃下650 mAh g?1的顯著倍率能力。這項研究為過渡金屬硼化物提供了一種簡單的策略，并揭示了異質結構對LiPSs催化和吸附活性的影響，為硼化物在LSBs中的應用提供了一個新的視角。

圖1、a) Ni3B/BG的制備過程，b) TEM和c,d) Ni3B/BG的放大HAADF-STEM圖像，e) HAADF-STEM圖像和相應的EDX元素圖顯示C（綠色），B（紅色），Ni（黃色）的分布。

圖2、a) Ni3B/BG的XRD圖案。b) Ni3B/BG的XPS調查和高分辨率光譜：c) B 1s和d) Ni 2p。

圖3、a) Li2S氧化過程的Tafel圖。b) 基于BG@PP和Ni3B/BG@PP的LSB在掃描速度為0.1 mV s-1時的CV曲線。d) BG@PP和Ni3B/BG@PP的相應的電化學阻抗譜。e) Ni3B/BG@PP基電極在2.05V電壓下的恒電位放電曲線和f) 在2.35V下的電荷曲線。

圖4、電池性能。

圖5、a） 多硫化物的吸附能。b） a和b圖像的吸附能的比較。c） Li2S在Ni3B/BG上分解的能量分布。

圖6、a） 硫和多硫化物還原的能量分布。b） Ni3B/BG和BG-Li2S的Bader電荷分析。c） Ni3B/BG中Ni3B和BG之間界面相互作用的電荷密度差圖。黃色和綠色分布對應于電荷累積和耗盡。

本研究為Ni3B/BG提供了一種簡單的制備策略，并揭示了核殼Ni3B/BG結構對LiPSs催化和吸附活性的影響，為硼化物在LSBs中的應用提供了一個新的視角。

文獻：

https://doi.org/10.1002/smll.202208281