盡管鋰硫電池具有高達2600 Wh kg^-1的理論能量密度，但可溶性液態(tài)多硫化物中間體在充放電過程中緩慢的氧化還原動力學是其性能受限的主要原因之一。因此，設計具有核殼結構的高效電催化劑以加速多硫化物轉化至關重要。

鑒于此，山東大學徐立強教授等人提出了用碳層包覆的一維MoSe₂（MoSe₂ @C）電催化劑來加速氧化還原動力學并控制多相多硫化物的轉化，從而提高鋰硫電池的性能。MoSe₂ @C納米棒的制備過程如下：首先，通過簡單的水熱反應成功合成了一維納米棒結構的鉬基前驅體。之后，前驅體被一層聚吡咯包覆并在冰水浴下形成核殼結構。最后，在隨后的硒化退火工藝之后獲得了MoSe₂ @C納米棒。

研究表明，MoSe₂對多硫化物的電催化轉化可以控制多硫化物的氧化還原動力學：多硫化物中間體通過強Se-Li鍵吸附在MoSe₂表面，這會削弱多硫化物的S-S鍵。這導致S-S鍵變得更易斷裂，從而降低了活性能。此外，DFT計算表明，MoSe₂可降低硫還原反應的逐步轉化反應途徑中的吉布斯自由能壘。

圖1. 石墨烯和MoSe₂上硫還原自由能的DFT計算

因此，在硫含量為73 wt% 的情況下，摻入MoSe₂電催化劑的硫正極在0.2 C時具有1144 mAh g^-1的高初始容量，并在1 C時具有超過300次循環(huán)的長循環(huán)穩(wěn)定性。此外，≈3.7 mg cm^-2的高硫負載正極在0.2和0.5 C下均顯示出優(yōu)異的面積容量，且在3.4 mg cm^-2的高硫負載及1 C下具有560 mAh g^-1的快速倍率響應。

令人印象深刻的是，在貧電解液（E/S為10 μL mg^-1）條件下，當硫負載增加至4.7 mg cm^-2時仍可實現(xiàn)4.7 mAh cm^-2的高面積容量，且在30個循環(huán)后容量保持為4.1 mAh cm^-2。此外，基于MoSe₂電催化劑的軟包鋰硫電池的優(yōu)異性能進一步證明了其實際應用可行性。因此，這項工作為鋰硫電池電催化劑中多硫化物氧化還原動力學的調控提供了更深入的見解。

圖2. 含高硫負載正極的鋰硫電池的電化學性能

Manipulating Electrocatalytic Polysulfide Redox Kinetics by 1D Core–Shell Like Composite for Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103915