锂硫电池具有理论能量密度高、成本低廉等优点，在动力汽车，无人机，规模化储能等领域有重要的产业应用前景。然而，锂硫电池的产业化仍然面临循环寿命、安全性、和实际输出功率低等难题。硫正极在循环过程中产生的中间产物多硫化锂的溶解和流失是电池失效的罪魁祸首。在锂硫电池正极一侧引入催化剂，加速多硫化物氧化还原反应，是缓解“穿梭效应”的有效手段之一。催化剂的活性与其电子结构密切相关，引入表面缺陷和构筑异质结构是调控催化剂电子结构的重要手段。然而，目前在锂硫电池中关于电子结构—催化活性的作用机制尚不明确。因此，设计合成具有高催化活性的催化剂并详细研究多硫化物的催化转化机制具有重大的科学意义和应用价值。
CNT@TiO2-x调控锂硫电池反应过程
近日，西安交通大学丁书江教授课题组和剑桥大学郗凯博士从能带工程出发，通过简单的水热反应和后续的氢气还原过程，成功制备出富含氧缺陷的碳纳米管/二氧化钛超薄纳米片复合材料（CNT@TiO2-x）。作者利用理论计算表明氧缺陷和异质结可以协同提高材料的导电性和化学反应性。光谱学和电化学技术进一步证实了复合缺陷的超薄TiO2-x可以提高材料对多硫化物的吸附能力和表面锂离子迁移率。同时，CNT和TiO2-x构筑的异质界面可以实现快速的表面电子交换。得益于上述有益的特性，将该复合材料与LA132粘结剂混合得到的锂硫电池正极材料表现出超长的循环稳定性和高的面积比容量。该工作从新的视角去设计锂硫电池宿主材料并理解新型宿主材料在锂硫电池中的催化转化机制。
该成果以《Enhancing Catalytic Activity of Titanium Oxide in Lithium Sulfur Batteries by Band Engineering》为题在国际能源顶级期刊AdvancedEnergy Materials（影响因子：24.884）上成功发表。第一作者为西安交通大学博士生王元坤。
本研究由国家自然科学基金（编号：51773165; 61704096; 51803164），北京自然科学基金（4164087）和西安交通大学青年拔尖人才计划支持。
论文链接为：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201900953
丁书江教授主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/dingsj
