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原子插層過渡金屬二硫化物（TMD）因其高度提高的導電性而備受關注，但很少有報道稱原子嵌入可以使 TMD 具有意想不到的催化性能，這是由它們的晶胞變形引起的。

在此，蘭州大學周金元教授及煙臺大學趙浩等人通過直接硫化法結合柯肯達爾效應在電紡碳納米纖維（CNF）表面成功合成了V插層的NiAs 型V₅S₈納米薄片，V原子占據VS₂單層之間的層間距，不可避免地改變間隙和原子排列并引起晶胞變形。

當CNF@V₅S₈/S用作鋰硫電池（LSBs）正極時表現出優異的倍率性能，即充放電倍率提高10倍時可保持初始容量的73.65%，遠高于CNF@VS₂/S (54.0%) 和CNF/S (55.1%) 。即使在5 C時，CNF@V₅S₈/S正極仍然保留50.8% 的容量。此外，該正極在5 C時1500 次循環中顯示出每循環僅0.0312% 的超低衰減率。

圖1. CNF@V₅S₈/S復合正極的形成過程示意圖及電子傳輸性能

電化學測試和分析表明，優異的倍率性能和循環穩定性主要是由V₅S₈的催化作用引起的，它可以促進可溶性LiPS向不溶性 Li₂S₂/Li₂S產物轉化。與VS₂相比，V₅S₈可使電子傳輸速率提高37.7%，離子擴散系數提高31.3%。

電子傳輸和離子擴散的改進可能主要是由于V₅S₈可以加速氧化還原反應從而減少正極附近多硫化物和Li₂S₂/Li₂S的富集。此外，V₅S₈可以進一步使LSB在高硫負載（7.8 mg cm^-2）下實現8.2 mAh cm^-2的高面積容量，以及在任何彎曲角度（0-180°）下的高動態柔性穩定性。

因此，這項工作將為構建先進的儲能系統提供基于NiAs型硫化釩的Li-S化學的深入理解。

圖2. 高硫負載鋰硫電池的柔韌性測試

Deciphering the catalysis essence of vanadium self-intercalated two-dimensional vanadium sulfides (V₅S₈) on lithium polysulfide towards high-rate and ultra-stable Li-S batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.030

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周金元/趙浩EnSM：揭示鋰硫電池中V5S8在多硫化鋰上的催化本質

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