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將硫正極與有效催化劑相結合以加速多硫化物轉化是克服鋰硫電池中多硫化物嚴重穿梭和轉化緩慢的合適方法。然而，由于氧化還原反應動力學的巨大差異和硫的復雜相變，單組分催化劑不能始終如一地加速整個氧化還原過程。

蘇州大學張亮、中科院海西研究院孫丹等人制備了分層和富含缺陷的Co₃O₄/TiO₂ p-n結（p-Co₃O₄/n-TiO₂-HPs）作為高效硫載體以實現S₈（固態）→Li₂S₄（液態）→Li₂S（固態）的順序催化。

由于復雜的主體結構和催化性能，Co₃O₄/TiO₂ p-n異質結對不同的硫物種表現出明顯不同的催化作用。也就是說，具有豐富吸附位點的高活性Co₃O₄片確保了S₈的高度分散并精確地誘導從固態S₈到液態Li₂S₄的快速轉化，而嵌入的TiO₂點強烈錨定Li₂S₄并同時介導它們對Li₂S的有效成核和電沉積。

通過 p-n 結的界面內置電場橋接，上述連續轉換在不同組件中逐步催化。LiPSs的定向遷移顯著抑制了硫中間體向電解液中的溶解，空間順序催化確保了活性硫的優越利用。

張亮/孫丹AM：利用p-n結內置電場推動鋰硫電池中多硫化物逐步轉化

圖1. 材料制備和空間順序催化過程的示意圖

因此，硫正極與p-Co₃O₄/n-TiO₂-HPs的結合可提供長期循環穩定性，在10 C下循環500次后，每個循環的容量衰減低0.07%。

該研究證明了構建的協同效應-在電場和異質結構中空間增強多硫化物的逐步轉化，這為合理調節多硫化物氧化還原反應的界面結構提供了新的見解。

圖2. 鋰硫電池電化學性能

Utilizing the Built-in Electric Field of p–n Junctions to Spatially Propel the Stepwise Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105067

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