东南大学吴宇平团队Small观点：三维花状MoTe2纳米球作为高性能室温钠硫电池的载硫体

第一作者：高万秸

通讯作者：张千玉*，贺加瑞*，吴宇平*

单位：东南大学、四川大学

智能电网、电动汽车和便携式电子设备的快速发展越来越需要开发先进、低成本、高能量密度的电化学存储设备。与锂离子电池相比，室温钠硫(RT Na-S)电池由于其丰富的钠和硫资源、低廉的价格以及理想的理论能量密度(1274 Wh·kg^-1)而引起了广泛关注。不幸的是，RT Na-S电池的实际应用仍然受到硫的绝缘属性、显著的体积变化以及缓慢氧化还原动力学所限制，导致容量快速衰减、循环寿命缩短和硫利用率降低。此外，多硫化钠(NaPSs)可能会迁移到钠负极一侧，并在电解液中发生严重的穿梭行为，可能导致钠负极快速降解、电解液分解，甚至存在安全隐患。因此，旨在开发许多策略以克服这些限制。

近日，吴宇平教授团队研究设计合成了一种由金属碲化钼纳米片组装而成的三维花状碲化钼材料，并作为促进室温钠硫电池硫氧化还原反应的新型催化剂。独特的三维花状结构有效防止多硫化物的穿梭效应，同时提供丰富的活性催化位点以促进多硫化物氧化还原。同时，极性MoTe₂由于其强吸附能力以及对多硫化物快速氧化还原能力，在作为硫正极催化剂显著提升电化学性能。

受益于上述优势，所获得的MoTe₂/S正极提供了较高的初始可逆容量（0.1 C下首次可逆容量为1015 mAh g^-1），出色的倍率性能（2 C下时为414 mAh g^-1）以及优异的循环稳定性（1 C下经过500次循环后为 498 mAh g^-1）。这项工作在推进钠硫电池的实际应用方面具有重大的潜力，特别是在长期循环稳定性和倍率性能方面。相关成果以题为“3D Flower-like Nanospheres Constructed by Transition Metal Telluride Nanosheets as Sulfur Immobilizers for High-Performance Room-Temperature Na-S Batteries”发表在国际顶级期刊Small（10.1002/smll.202310225）上。

通过简单的水热反应制备了3D花状MoTe₂纳米材料。简而言之，MoO₃、Te粉末、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水合肼(N₂H₄·H₂0)在240 ℃下反应24h，从而成功地制备了由大量纳米片组装的3D花状结构MoTe₂。

MoTe₂/S电极表现出优异的电化学性能，在0.1 C倍率下提供了较高的初始可逆容量1015 mAh g^-1、出色的倍率性能（2 C下时为414 mAh g^-1）、以及优异的循环稳定性（1 C下经过500次循环后为 498 mAh g^-1）。除此以外，用MoTe₂添加剂制造的软包电池提供了890 mAh g^-1的超高初始放电容量，并在40次循环后保持稳定。

吸附实验和DFT理论计算表明，MoTe₂可以高效锚定多硫化物，从而减轻多硫化物的溶解，抑制RT Na-S电池中的穿梭效应。

结合实验和理论分析，包括DFT计算，揭示了NaPSs在MoTe₂表面的加速吸附和转化过程。MoTe₂表面存在的极性键促进了硫氧化还原反应。此外，MoTe₂/S电极独特的结构和组成特征导致了优异的催化能力。结果，组装的RT Na-S电池表现出显著的倍率性能和循环耐久性。相反，C/S正极与穿梭效应和缓慢的反应动力学斗争，导致循环性能差。

3D Flower-like Nanospheres Constructed by Transition Metal Telluride Nanosheets as Sulfur Immobilizers for High-Performance Room-Temperature Na-S Batteries”

吴宇平教授简介：二级教授，博士生导师，英国皇家化学会会士，德国萨克森科学院通讯院士。1997年毕业于中国科学院化学研究所，获博士学位。此后在清华大学、日本早稻田大学、德国开姆尼兹工业大学（洪堡学者）各工作近2年。2003年任复旦大学化学系教授，2015年任南京工业大学教授，2021年10月进入东南大学工作。2004年、2007年获上海市科委“科技启明星”，2014年获国家杰出青年基金。共发表410多篇学术论文，H-指数96；撰写9部关于锂电池的专著，销量超过5万册；获得中国、美国、日本在内授权发明专利31项。2014年获得“国家杰出青年科学家”称号，多次入选“全球高被引科学家”之列，2015年被汤森路透从“全球高被引科学家”评为“全球最具影响力的科研精英”。担任Energy Materials的主编、Energy & Enviromental Materials的副主编和其它一些刊物的编委等职务。主要从事锂离子电池及其关键材料、超级电容器、水系电池等储能方面的研究和开发工作。

贺加瑞教授简介：东南大学能源与环境学院教授，博士生导师，入选“国家高层次青年人才”项目。本科及博士毕业于电子科技大学电子科学与技术专业（导师：陈远富/李言荣院士），之后在美国德克萨斯大学奥斯汀分校进行博士后研究（导师：Arumugam Manthiram）。主要围绕高安全、高比能、长寿命锂离子电池及金属-硫电池中存在的关键科学技术问题，开展了系统深入研究。在锂硫电池、锂金属电池、电解液等方面的工作成果以第一/通讯作者在Nat. Energy (1篇)、Nat. Commun. (1篇)、Adv. Mater. (2篇)、Energy Environ. Sci. (2篇)、Adv. Energy Mater. (5篇)、J. Am. Chem. Soc. (1篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)、ACS Nano (5篇)、ACS Energy Lett. (3篇)等国际著名期刊发表论文SCI期刊学术论文55篇（含ESI高被引论文20篇、ESI热点论文4篇），论文总被引8000余次。担任Nature Commun.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources 等40多个国际著名期刊审稿人。

张千玉教授简介：九三学社社员，理学博士，四川大学副研究员，硕士生导师。毕业于复旦大学；2013年~2014年美国加利福尼亚大学圣迭戈分校师从Shirley Meng教授；2015年~2017年中国科学院广州能源所任助理研究员；2018年~2019年美国能源部太平洋西北国家实验室访问学者；2019年~2020年美国博伊西州立大学高级研究学者；2021年至今任四川大学材料科学与工程学院副研究员。主要从事电化学储能相关研究，迄今以第一/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Mater. Today、Energy Stor. Mater.等高水平期刊上发表学术论文40余篇；主持国家自然科学基金面上项目2项，省部级科研项目2项，企业横向研究课题1项；长期担任国家自然科学基金项目通讯评审专家；

高万秸，东南大学三尺储能课题组博士生，专注于金属-硫电池正极材料的研究，在锂硫、钠硫、钠离子电池领域取得了创新成果，发表多篇学术论文和多项发明专利。特别是在Small、J. Alloys Compd.、Mater. Des.、J. Colloid Interface Sci.等期刊以第一作者身份发表4篇SCI论文。

三尺储能课题组现有教授7人、副教授1人，主要从事锂（钠）离子电池及其关键材料、金属-硫电池、超级电容器、水系电池等储能方面的研究和开发工作。本课题组拥有全面的研究平台，覆盖从材料制备到电池组装测试的整个过程，并建立了包括原位XRD在内的多个原位电化学研究平台。此外，团队与国内外电化学储能领域的顶尖高校和研究机构保持紧密合作，进行高水平学术交流。

三尺储能课题组拟每年招收5-10名博士生和10-25名硕士生，热烈欢迎联系！