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多硫化物穿梭和緩慢的硫氧化還原動力學阻礙了鋰硫 (Li-S) 電池的循環性能和倍率性能，加速硫氧化還原反應被認為是捕獲和利用可溶性硫物質的一種有前途的方法。

在此，哈工大張乃慶教授等人報道采用拓撲絕緣體 (TI) Bi₂Te₃作為加速硫化學的電催化劑，這是因為Bi₂Te₃超高的霍爾遷移率（10 200 cm²V^-1s^-1 ) 且易于制備。這種超薄Bi₂Te₃納米片是通過簡單的一步溶劑熱方法制造的，研究發現，其不僅可以有效地錨定硫物種，還可以與吸附的多硫化物形成無縫的電子傳輸途徑。

一系列實驗和模擬表明，Bi₂Te₃對硫還原和Li₂S氧化反應均顯示出顯著的催化活性，由Bi₂Te₃催化的多硫化物的快速轉化將硫物質限制在正極側并保護鋰負極免受腐蝕。

圖1. Bi₂Te₃/S正極的電化學性能

因此，Bi₂Te₃電催化劑的加入賦予鋰硫電池優異的倍率性能（857 mAh g^-1@ 3 C) 和出色的循環穩定性（在3C高倍率下循環1000次后仍具有571 mAh g^-1的高容量，每個循環衰減率低至0.033%）。

即使在6.1 mg cm^-2的高硫負載量和6 μL mg^-1的E/S比條件下，添加Bi₂Te₃的正極也可以表現出5.7 mAh cm^-2的高面積容量和穩定的100次循環。這項工作證明了Bi₂Te₃催化硫氧化還原反應的能力，并可能激發對鋰硫電池和其他電化學應用更多TI的探索。

圖2. Bi₂Te₃上硫物質的快速氧化還原動力學機制

Accelerating Sulfur Redox Reactions by Topological Insulator Bi₂Te₃ for High-Performance Li-S Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109413

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哈工大張乃慶AFM：拓撲絕緣體Bi2Te3作為鋰硫電池的高性能電催化劑

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