近日，课题组成员王海泉同学在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》发表了题为“In-situ adsorption and catalysis of polysulfide on Janus Ni₃Fe-Fe₂VO₄ heterostructure for Li-S batteries”的研究论文（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150669）。

能源是人类文明进步的基础和动力，传统化石燃料的使用伴随大量的碳排放，造成了环境污染，发展清洁和可再生能源已成为减少化石燃料依赖的有效途径。太阳能、风能等新能源又面临供应不稳定的问题，因而其发展需要配合储能系统。锂硫电池具有高能量密度和低成本等优势，是理想的高能量密度存储体系。然而，锂硫电池存在穿梭效应和多硫化物反应动力学差等问题，导致电池容量和循环寿命的大幅衰减，阻碍其实际应用。

本文采用溶剂热法和煅烧法制备了Ni₃Fe-Fe₂VO₄/CB异质结构纳米颗粒，作为锂硫电池的隔膜修饰材料，大幅提升了锂硫电池性能。实验结果证明Fe₂VO₄可以有效吸附多硫化物抑制穿梭效应，而Ni₃Fe可以有效催化多硫化物转化。这种异质结构不仅可以使得Fe₂VO₄锚定多硫化物和Ni₃Fe加速多硫化物原位转化，而且该结构产生的电荷转移使得吸附和催化位点的作用均得到强化。因此，在2 C电流密度下，锂硫电池初始放电比容量达877 mAh g⁻¹，700次循环后仍保留557 mAh g⁻¹。当面载硫量达到4 mg cm⁻²时，600次循环后放电比容量仍高达429 mAh g⁻¹。本工作为金属-金属化合物异质结构的合理设计提供了可行的方案，有望促进高性能长寿命锂硫电池的发展。

该研究成果以广西大学化学化工学院为第一通讯单位，尹诗斌教授、杨乐助理教授和Panagiotis Tsiakaras教授为共同通讯作者，2021级硕士研究生王海泉为第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金重点项目和广西研究生创新项目的资助和支持。

图1. (a) XRD谱图; (b, c) Ni₃Fe−Fe₂VO₄/CB高分辨TEM图; (d, e) Fe₂VO₄和Ni₃Fe在选定区域的晶格间距分布和SAED图像; (f) Ni₃Fe−Fe₂VO₄/CB的异质界面; (g) Ni, Fe, V和O的EDS能谱图.

图2. (a) Li-S 电池CV图; (b) 不同隔膜Li-S电池循环稳定性比较; (c) 不同隔膜Li-S电池倍率性能和 (d) 过电位; (e) 使用不同隔膜的Li-S电池并1.0 C循环100次前后的的电荷转移电阻; (f) 不同隔膜Li-S电池在三天内的自放电测试; (g) E/S比为5 μL mg⁻¹时Li-S电池的循环稳定性比较; (h) 基于不同比例（4:1、2:1、1:1、1:2、1:4）Ni₃Fe/CB与Fe₂VO₄/CB的物理混合样品的Li-S电池初始容量和容量衰减率比较; (i) 吸附位点和催化位点之间比率重要性的示意图.

图3. 不同隔膜的(a)接触角和(b)离子电导率; (c) 吸附试验后的Li₂S₆溶液; (Ⅰ) Ni₃Fe-Fe₂VO₄/CB, (Ⅱ) Ni₃Fe/CB, (Ⅲ) Fe₂VO₄/CB, (Ⅳ) CB, (Ⅴ) Li₂S₆; (d) 吸附试验后Li₂S₆溶液的紫外-可见光吸收光谱; (e, f) 不同电解液（商用电解液和添加Li₂S₆的电解液）和不同电极材料(Ni₃Fe-Fe₂VO₄/CB, Ni₃Fe/CB, Fe₂VO₄/CB, CB)的对称电池的CV曲线; (g) 使用不同隔膜的Li-S电池的穿梭电流; (h-k) Li₂S沉积实验的恒压放电曲线。