DOI：10.1021/acsnano.5c05720

過渡金屬二硒化物（TMSe2）作為一種具有良好催化性能的材料，已被廣泛應(yīng)用于鋰硫電池（LSBs）中促進(jìn)多硫化鋰（LiPSs）的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)。然而，傳統(tǒng)TMSe2中催化活性位點(diǎn)數(shù)量有限，在很大程度上限制了其在鋰硫電池中的應(yīng)用潛力。近日，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料團(tuán)隊(duì)的研究人員利用微波輔助溶劑熱+焦耳熱后處理的方法合成了高熵NiCoMnCrVSe2/G納米片催化劑（圖1），并結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算，系統(tǒng)探究了高熵策略如何調(diào)控TMSe2中各種金屬的電子結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境。結(jié)果表明，隨著TMSe2中過渡金屬數(shù)量的增加，金屬活性位點(diǎn)的d帶中心向費(fèi)米能級(jí)移動(dòng)且不同金屬之間d帶中心位置的差異減小，從而增強(qiáng)了對(duì)LiPSs的吸附，同時(shí)降低了Li2S的成核/分解能壘（圖2a-b）。

圖1. NiCoMnCrVSe2/G催化劑的形貌與微觀結(jié)構(gòu)。（a）TEM圖。（b）HAADF-STEM圖。（c）HR-TEM圖（插圖：從（c）區(qū)域獲取的SAED圖案）。（d-f）球差校正HAADF-STEM圖像。（g）模擬原子模型。（h）沿（e-f）圖中白色方框區(qū)域內(nèi)進(jìn)行線掃描的強(qiáng)度分布圖。（i）STEM-EDS元素分布圖。（j）不同元素含量的ICP-OES結(jié)果（插圖：NiCoMnCrVSe2的原子模型）。

實(shí)驗(yàn)表明，催化劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性對(duì)鋰硫電池的長(zhǎng)循環(huán)性能至關(guān)重要。NiCoMnCrVSe2/G催化劑通過焦耳熱（合肥原位高科, CIS JH3.3P）處理后，大大提高了NiCoMnCrVSe2的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)增強(qiáng)了NiCoMnCrVSe2納米片與石墨烯載體之間的結(jié)合強(qiáng)度。電化學(xué)性能測(cè)試表明，高載量硫/焦耳加熱-NiCoMnCrVSe2/G復(fù)合正極材料（S負(fù)載：6.1 mg cm-2）在貧電解液（E/S比：5 μL mg-1）條件下相比于未經(jīng)焦耳熱后處理的S/ NiCoMnCrVSe2/G復(fù)合正極具有更高的面容量和容量保持率：其初始面容量可從6.64提高到6.89 mAh cm-2，200圈循環(huán)后的容量保持率從70.5%提升到80.6%。此外，為了進(jìn)一步驗(yàn)證S/NiCoMnCrVSe2/G復(fù)合正極的實(shí)用性，研究人員組裝了一個(gè)2.18 Ah的多層軟包電池（圖2c-d）。按整體重量計(jì)算，軟包電池具有高達(dá)435 Wh kg-1的能量密度。此外，該軟包電池可以穩(wěn)定循環(huán)76次以上，容量保持率為79.8%，相比于之前文獻(xiàn)報(bào)道的類似先進(jìn)復(fù)合硫正極，S/NiCoMnCrVSe2/G展現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)（圖2d-f）。

圖2.（a）NiCoMnCrVSe2-Li2S4、NiCoMnCrSe2-Li2S4、NiCoMnSe2-Li2S4、NiCoSe2-Li2S4和NiSe2-Li2S4的PDOS及對(duì)應(yīng)的d帶中心。（b）Li2S4吸附在不同TMSe2催化劑表面上的S 3p能帶結(jié)構(gòu)。（c）高載量S/焦耳加熱-NiCoMnCrVSe2/G復(fù)合正極材料（S負(fù)載：6.1 mg cm-2）在貧電解液（E/S比：5 μL mg-1）條件下的長(zhǎng)循環(huán)性能。（d）含有2.69 g硫的鋰硫軟包電池的照片及放電曲線。（e）在0.1 C倍率下測(cè)試的多層軟包電池的循環(huán)穩(wěn)定性。（f）本研究中鋰硫軟包電池性能與近期報(bào)道文獻(xiàn)中其它研究的綜合比較。

本工作以“Regulating Electronic Structure and Coordination Environment of Transition Metal Selenides through the High-Entropy Strategy for Expedited Lithium–Sulfur Chemistry”為題于2025年7月21號(hào)發(fā)表在國(guó)際知名期刊《ACS Nano》上。能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料團(tuán)隊(duì)博士后王偉為文章的第一作者，團(tuán)隊(duì)劉利峰研究員為文章的通訊作者，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室為文章的第一及通訊單位。

通訊作者簡(jiǎn)介

劉利峰，研究員，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。于2004年和2007年在中科院物理所先后取得碩士和博士學(xué)位，師從解思深院士。2007年5月進(jìn)入馬普微結(jié)構(gòu)物理研究所做博士后研究，并于2009年8月晉升為課題組長(zhǎng)，2010年升為常職科研人員。2011年4月加入伊比利亞國(guó)際納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，任研究員、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。2022年獲國(guó)家海外高層次人才項(xiàng)目資助加入松山湖材料實(shí)驗(yàn)室。劉利峰博士自2009年起一直從事能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換材料的研究，研究課題涉及高性能電催化及電合成材料（例如用于電催化產(chǎn)氫、產(chǎn)氧、氧還原、小分子氧化、CO2還原等反應(yīng)的催化劑），以及用于電池及超級(jí)電容器的納米結(jié)構(gòu)電極材料。已主持及承擔(dān)了10余項(xiàng)歐盟及葡萄牙科技基金委、葡萄牙創(chuàng)新局、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省區(qū)域聯(lián)合基金等項(xiàng)目，目前為止已在國(guó)際知名學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表學(xué)術(shù)論文210余篇，總被引用次數(shù)16000余次，h因子為72（谷歌學(xué)術(shù)，截至2025年2月）；組織多次國(guó)際研討會(huì)及擔(dān)任多個(gè)國(guó)際會(huì)議的組委會(huì)成員；目前擔(dān)任國(guó)際知名雜志Materials Today Energy、Advances in Nano Research、Materials Futures、Applied Research編委。

本文使用的焦耳加熱裝置由合肥原位科技有限公司研發(fā)，感謝老師支持與認(rèn)可!

焦耳加熱裝置

焦耳加熱裝置是一種新型快速熱處理/合成的設(shè)備，該設(shè)備可使材料在極短（毫秒級(jí)/秒級(jí)）時(shí)間內(nèi)達(dá)到極高的溫度（1000~3000℃），升溫速率最快可達(dá)到10000k/s；通過對(duì)材料的極速升溫，可考察材料在極端環(huán)境、劇烈熱震情況下的物性改變，可通過極速升降溫制備納米尺度顆粒，單原子催化劑，高熵合金等。目前廣泛應(yīng)用在電池材料、催化劑、碳材料、陶瓷材料、金屬材料、塑料降解、生物質(zhì)等領(lǐng)域。