山东大学《Small》：硼掺杂石墨烯上的二元亲硫酸镍硼化物具有加速Li-S动力学的有益界面电荷

多硫化锂（LiPS）的“穿梭效应”和缓慢转化动力学是高能量密度锂硫电池（LSB）的绊脚石，而先进的催化材料可以有效地避开这一障碍。过渡金属硼化物具有二元LiPSs相互作用位点，增加了化学锚定位点的密度。本文，山东大学Xiaojian Ma、奚宝娟副教授等在《Small》期刊发表名为“Binary Sulfiphilic Nickel Boride on Boron-Doped Graphene with Beneficial Interfacial Charge for Accelerated Li–S Dynamics”的论文，研究提出通过石墨烯自发偶衍生的空间受限策略，合成了一种由硼掺杂石墨烯上的硼化镍纳米颗粒组成的新型核壳异质结构（Ni3B/BG）。

　　多硫化锂（LiPS）的“穿梭效应”和缓慢转化动力学是高能量密度锂硫电池（LSB）的绊脚石，而先进的催化材料可以有效地避开这一障碍。过渡金属硼化物具有二元LiPSs相互作用位点，增加了化学锚定位点的密度。本文，山东大学Xiaojian Ma、奚宝娟副教授等在《Small》期刊发表名为“Binary Sulfiphilic Nickel Boride on Boron-Doped Graphene with Beneficial Interfacial Charge for Accelerated Li–S Dynamics”的论文，研究提出通过石墨烯自发偶衍生的空间受限策略，合成了一种由硼掺杂石墨烯上的硼化镍纳米颗粒组成的新型核壳异质结构（Ni3B/BG）。　　Li2S沉淀/离解实验和密度泛函理论计算的结合表明，Ni3B和BG之间良好的界面电荷态提供了光滑的电子/电荷传输通道，促进了Li2S4-Ni3B/BG和Li2S-Ni3B/BG系统之间的电荷转移。得益于这些，实现了LiPS的固液转化动力学和Li2S分解的能垒降低。因此，采用Ni3B/BG改性PP隔膜的LSB具有显著改善的电化学性能，具有优异的循环稳定性（在2℃下600次循环，每次循环衰减0.07%）和在10℃下650 mAh g−1的显著倍率能力。这项研究为过渡金属硼化物提供了一种简单的策略，并揭示了异质结构对LiPSs催化和吸附活性的影响，为硼化物在LSBs中的应用提供了一个新的视角。

图1、a) Ni3B/BG的制备过程，b) TEM和c,d) Ni3B/BG的放大HAADF-STEM图像，e) HAADF-STEM图像和相应的EDX元素图显示C（绿色），B（红色），Ni（黄色）的分布。

图2、a) Ni3B/BG的XRD图案。b) Ni3B/BG的XPS调查和高分辨率光谱：c) B 1s和d) Ni 2p。

图3、a) Li2S氧化过程的Tafel图。b) 基于BG@PP和Ni3B/BG@PP的LSB在扫描速度为0.1 mV s-1时的CV曲线。d) BG@PP和Ni3B/BG@PP的相应的电化学阻抗谱。e) Ni3B/BG@PP基电极在2.05V电压下的恒电位放电曲线和f) 在2.35V下的电荷曲线。

图4、电池性能。

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

图6、a） 硫和多硫化物还原的能量分布。b） Ni3B/BG和BG-Li2S的Bader电荷分析。c） Ni3B/BG中Ni3B和BG之间界面相互作用的电荷密度差图。黄色和绿色分布对应于电荷累积和耗尽。

本研究为Ni3B/BG提供了一种简单的制备策略，并揭示了核壳Ni3B/BG结构对LiPSs催化和吸附活性的影响，为硼化物在LSBs中的应用提供了一个新的视角。

文献：

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