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       MXenes，二維過渡(2D)金屬碳化物/氮化物，由于其氧化還原活性位點的多樣性和快速的電子轉移，已顯示出作為陰極催化劑的前景，以加速鋰-硫(Li - S)電池中多硫鋰(LiPSs)的轉化。然而，從成千上萬的MXenes中有效地篩選出最優(yōu)的陰極催化劑是具有挑戰(zhàn)性的。為了解決這一問題，本論文開發(fā)了一個模型，可以準確預測Li - S電池中限速步驟的熱力學能量勢壘。MXene位點的局部化學反應性與末端的p帶中心和亞表面過渡金屬的電負性聯系起來。通過密度泛函理論計算和純MXenes與摻雜zn MXenes的對比實驗，定性驗證了模型的準確性。利用該模型，我們篩選了大量的MXenes庫(27種五原子層MXenes)，并確定了Ti₂CS₂、Mo₂CS₂和W₂CS₂作為鋰- S電池的潛在陰極催化劑。
 
圖1. 本工作的研究方法示意圖。
 
圖2. 從Li₂S₂到Li₂S的三種可能的反應途徑示意圖。
 
圖3. ΔG與不同MXenes的(a) p帶中心和(b) Δ(p−d)的關系。(c) Li₂S和Li₂S₂在Ti₂CCl₂、Ti₂CO₂和Ti₂CS₂上吸附的電荷差圖。

 
圖4. (a)繪制Ti₂CCl₂的態(tài)密度(DOS)、表面p帶中心(?p)以及(b)過渡金屬的?p和d帶中心(Δ(p−d))之間的能隙。(c)元素周期表中過渡金屬的泡利電負性。(d) ΔG與X的關系(X = ?p + χm)。
 
圖5. (a) ΔGmin與描述符x的比例關系。 (b) SRR過程在實驗和理想MXene電催化劑上的吉布斯自由能。
 
        相關科研成果由南京理工大學材料科學與工程學院Ji-Chang Ren等人于2023年發(fā)表在Journal of the American Chemical Society（https://doi.org/10.1021/jacs.3c01834）上。原文：E?ective Screening Descriptor for MXenes to Enhance Sulfur Reduction in Lithium−Sulfur Batteries。

轉自《石墨烯研究》公眾號