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北理陳人杰、李麗Adv. Sci.：CoSe-ZnSe異質結促進鋰硫電池雙向硫轉化反應

緩慢的硫還原和硫化鋰（Li₂S）氧化阻止了鋰硫（Li-S）電池的廣泛使用，而鋰硫（Li-S）電池是鋰離子電池有吸引力的替代品。

北京理工大學陳人杰、李麗等報道過渡金屬硒化物異質結（CoSe–ZnSe）可催化加速雙向硫轉化反應，實現高性能Li-S電池。

圖1 材料形貌和結構表征

同步輻射X射線吸收光譜和密度泛函理論計算表明，具有電荷重新分布和結構畸變的高活性異質界面可有效固定硫物種，促進鋰離子擴散，并降低硫還原和 Li₂S的氧化能壘。

因此，增強的雙向硫轉化使CoSe-ZnSe/S催化正極在0.1 C下實現了1654 mAh g^-1的出色容量，并在3 C下保持了808 mAh g^-1。在2 C下進行1700次循環后，實現了長期循環穩定性，每個循環的容量衰減率低至0.027%。

圖2 CoSe-ZnSe的催化作用研究

此外，作者合成了錨定在源自金屬有機骨架（MOF）@石墨烯氣凝膠復合材料的3D石墨烯氣凝膠（CoSe-ZnSe@G）上的CoSe-ZnSe異質結。3D大孔互連碳網絡使催化位點暴露最大化，并在貧電解液條件下循環過程中大大增強了傳質和硫物質轉化。

結果，在7.7 mg cm^-2的高硫負載和3 μL mg^-1的低電解液/硫比下實現了高面積容量，即8.0 mAh g^-1。該研究證明了雙向催化異質結和結構工程在提高Li-S電池性能方面的重要性。

圖3 鋰硫電池電化學性能

Engineering Catalytic CoSe–ZnSe Heterojunctions Anchored on Graphene Aerogels for Bidirectional Sulfur Conversion Reactions. Adv. Sci. 2021. DOI: 10.1002/advs.202103456.

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