大连理工《ACS ANM》：石墨烯支撑的金属有机框架衍生的NiSe2纳米粒子，用于锂硫电池隔膜改性剂

1成果简介 

可充电锂硫电池因其优越的能量密度和成本效益的原材料被认为是最有前途的二次电池之一。然而，它仍然面临着许多挑战，其中最重要的是臭名昭著的多硫化物穿梭效应。本文，大连理工大学贺高红教授、张凤祥教授等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Metal–Organic Framework-Derived NiSe2 Nanoparticles on Graphene for Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries”的论文，研究设计并制造了石墨烯支撑的金属有机框架 (MOF) 衍生的 NiSe 2纳米粒子 (rGO-NiSe 2 ) 作为隔膜改性剂。NiSe 2纳米粒子具有高催化活性，可以有效吸附多硫化物并加速其转化。高导电石墨烯作为催化剂基材可以有效降低电池的内阻。此外，八面体MOF衍生NiSe2纳米颗粒在石墨烯片之间的插层生长为多硫化物提供了丰富的活性中心。具有 rGO-NiSe 2改性隔膜的电池在0.2C下提供 1356.5mAhg –1的初始容量，并且在1C下运行 500 次循环期间每个循环仅经历0.079%的低容量衰减率。即使在5.2 mg cm -2相对较高的负载量，电池在0.5C时仍可产生774.3 mAh g -1的高比容量， 100 次循环后容量保持率为 84%。

2图文导读  

图1. (a) rGO-NiSe 2合成过程示意图。(b和c) rGO-NiSe2的SEM图像。(d) rGO-NiSe2的TEM和 (e) HRTEM图像。(f) rGO-NiSe2的STEM图像和 C、O、Ni 和 Se 的相应元素映射。

图2. (a) XRD 图案，(b) Ni 2p XPS 光谱，和 (c) 扩散测试。

图3. (a) Li2S8对称电池在5mVs–1下的CV曲线。(b) 具有不同扫描速率的 rGO-NiSe 2对称电池的CV曲线。(c) 在电解液中有或没有Li2S8添加剂的对称电池的计时电流曲线。(d) 对称电池的EIS光谱。

图4. rGO-NiSe 2和 rGO-Ni-MOF 的恒电位 (a) 放电和 (b) 充电。(c) LSV 曲线。(d) rGO-NiSe 2和 rGO-Ni-MOF 的 Tafel 图。(e) rGO-NiSe 2促进多硫化物转化的机理图。

图5. (a) CV 曲线。(b) 恒电流放电/充电曲线。(c) 不同电池的 EIS 光谱。(d) rGO-NiSe 2 /PP 电池的 GITT 图。(e) rGO-Ni-MOF/PP 电池的 GITT 图。(f) rGO-NiSe 2 /PP 和 rGO-Ni-MOF/PP 电池的内阻。

图6. (a) 评级表现。(b) 不同速率的电压曲线。(c) 0.5 C 下的循环性能。(d) rGO-NiSe 2 /PP 电池在 1 C 下的延长循环性能。(e) rGO -NiSe 2 /PP电池的循环性能， 在 0.5 ℃时S负载为5.2mg cm – 2。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsanm.2c01370

信息来源：公众号【材料分析与应用】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。