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南開高學平AFM：Ni-Pt合金催化劑助力鋰硫電池1000次穩(wěn)定循環(huán)！

元素硫具有超高的理論比容量，而硫在鋰硫（Li-S）電池中的實際應用受到氧化還原動力學緩慢和嚴重的穿梭效應的嚴重阻礙。通過合理的結構設計提高硫主體的催化活性是解決這些問題的關鍵。

南開大學高學平等首次引入以高指數(shù)晶面(HIFs)為界的凹納米立方(CNC)鎳鉑(Ni-Pt)合金作為鋰硫電池的硫核心催化劑。

圖1 NC Ni-Pt的表征

與傳統(tǒng)納米立方Ni-Pt(NC Ni-Pt)合金的低指數(shù)晶面(LIFs)相比，HIFs不僅可以為多硫化物(LiPSs)提供適度的化學耦合，還可以更有效地降低S₈到Li₂S的轉換能壘，從而強烈加速硫物種的轉化動力學。隨后，精心設計的CNC Ni-Pt合金均勻分布在單層石墨烯(CNC Ni-Pt/G)上，并作為催化硫主體引入Li-S電池。結果表明，CNC Ni-Pt/G在加速中間體LiPSs的轉化和調(diào)節(jié)放電產(chǎn)物的沉積方面表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學活性。

圖2 Li-S電池性能

得益于HIFs的卓越催化活性，S/CNC Ni-Pt/G正極在0.1 C倍率下以全硫正極為活性材料提供了783.3 mAh g^-1的高比容量和在1C下1000次循環(huán)中每循環(huán)0.025%的低容量損失。

此外，在8.8 mgs cm^-2的高硫負載量和5 μL mg^-1的低電解液用量下，仍可以獲得664.9 mAh g^-1的高可逆容量。這項工作的重點是通過調(diào)節(jié)核心催化劑的暴露面來提高硫主體的催化活性，為Li-S電池主體材料的結構優(yōu)化提供了新的途徑。

圖3 CNC Ni-Pt的吸附催化作用

Nickel–Platinum Alloy Nanocrystallites with High-Index Facets as Highly Effective Core Catalyst for Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200893

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