锂硫（Li–S）电池与传统锂离子电池相比，具有无与伦比的理论容量和能量密度，但由于锂离子传输动力学较低，Li–S电池存在“穿梭效应”和转化动力学缓慢的问题，这会导致容量快速下降。
华东理工大学詹亮、王艳莉、张永正、中科院苏州纳米所王健等通过在MXene纳米片（表示为OMC-g-MXene）上均匀接枝介孔碳来制备催化性二维异质结构复合材料，以作为Li–S电池中的界面动力学加速器。
图1. 材料制备及表征
在该设计中，异质结构中的接枝介孔碳不仅可以防止具有增强的机械性能的MXene纳米片的堆叠，而且可以提供加速离子扩散的便利泵。
同时，暴露的富含缺陷的OMC-g-MXene异质结构抑制了多硫化物在OMC-g-MXene和多硫化物之间的化学相互作用下的穿梭，从而同时增强了电化学转化动力学和效率。
图2. 多硫化物的吸附、转化和Li2S的沉积实验
因此，采用OMC-g-MXene离子泵的Li–S电池实现了高循环容量（0.2C下经过200次循环后为966 mAh g–1）、优异的倍率性能（5C下为537 mAh g–1）和在1C下800次循环中每循环0.047%的超低衰减率。
此外，即使在贫电解液条件下使用7.08 mg cm–2的高硫负载正极，也获得了4.5 mAh cm–2的超高面容量，展示了其在未来的实际应用。
图3. Li–S电池的电化学性能
Ordered Mesoporous Carbon Grafted MXene Catalytic Heterostructure as Li-Ion Kinetic Pump toward High-Efficient Sulfur/Sulfide Conversions for Li–S Battery. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c11663