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霍開富/楊震AFM：通過莫特-肖特基電催化劑提高鋰硫電池的氧化還原動(dòng)力學(xué)

嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)和緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)本質(zhì)上阻礙了Li-S電池的實(shí)際應(yīng)用。

圖1 材料制備示意圖

華中科技大學(xué)霍開富、武漢科技大學(xué)Yang Zheng等提出了一種獨(dú)特的三維分層多孔莫特-肖特基電催化劑，該催化劑由空間限制在氮摻雜石墨烯微球（NGM）中的W₂C量子點(diǎn)（QD）組成，以用于調(diào)節(jié)硫電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明，在W₂C QD/NGM異質(zhì)結(jié)界面上存在自發(fā)的電荷重排和誘導(dǎo)內(nèi)置電場，這有助于在放電/充電過程中降低多硫化物還原和Li₂S氧化的能量障礙。

此外，超小W₂C QD具有高電催化活性和優(yōu)異的導(dǎo)電性，可促進(jìn) 硫物種的轉(zhuǎn)化，而由褶皺石墨烯納米片組裝而成的分層多孔微球不僅能通過多重空間限制有效抑制多硫化物的穿梭，還能為活性硫的穩(wěn)定保留提供豐富的內(nèi)部空間和高導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)，并在連續(xù)循環(huán)過程中保持正極結(jié)構(gòu)的完整性。

圖2 對(duì)多硫化物的吸附和催化

因此，W₂C QD/NGM/S電極表現(xiàn)出卓越的倍率性能（4 C時(shí)為741.2 mAh g^-1）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，1 C時(shí)的每圈容量衰減率低至0.054%。此外，采用所設(shè)計(jì)的W₂C QD/NGM/電極的Li-S電池即使在高硫負(fù)載下也能表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

這項(xiàng)研究為通過調(diào)節(jié)莫特-肖特基電催化劑的界面電荷再分布和多重空間限制來合理設(shè)計(jì)具有加速氧化還原動(dòng)力學(xué)的先進(jìn)電極配置提供了新的見解。

圖3 Li-S電池性能

Boosting Redox Kinetics of Sulfur Electrochemistry by Manipulating Interfacial Charge Redistribution and Multiple Spatial Confinement in Mott–Schottky Electrocatalysts. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306115

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AFM：通過莫特-肖特基電催化劑提高鋰硫電池的氧化還原動(dòng)力學(xué)

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