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中科大余彥ACS Nano: 通過與Fe合金化調控Ni的電子結構，用于Na-S電池高動力學硫正極

室溫Na-S電池的緩慢轉換動力學和嚴重的穿梭效應導致了一些棘手的問題，如倍率性能差、容量衰減快以及庫侖效率低等，這嚴重阻礙了其實際應用。

因此，開發經濟高效的電催化劑用于吸附可溶性長鏈多硫化鈉（NaPSs）并加速NaPSs的轉化至關重要。

在此，中科大余彥教授等人成功設計并制備了具有高效催化能力的FeNi₃ @HC 作為高性能室溫Na-S電池的硫主體。DFT 計算表明，將Ni與Fe合金化可以調控電子結構并增強 NaPSs 催化轉化反應動力學。

中空多孔碳基質可以提供增強的電子導電性和足夠的緩沖空間以適應硫物質的體積膨脹，此外，FeNi₃合金納米粒子不僅可以吸附可溶性NaPSs，還可以加速從可溶性長鏈NaPSs 到不溶性 Na₂S產物的轉化動力學。

圖1. FeNi₃@HC的制備過程及表征

因此，S-FeNi₃@HC 正極顯示出快速的氧化還原反應動力學，具有出色的倍率容量（即使在5 A g^-1下仍為383 mAh g^-1）、出色的可逆容量（2 A g^-1下循環500次后為591 mAh g^-1）和容量保持率（每個循環損失0.070%）。

這表明 FeNi₃@HC主體不僅可以抑制穿梭效應，還可以加速NaPSs轉化。因此，這種對電子結構調控策略的深入理解為室溫Na-S 電池高效催化劑的設計提供了指導。

圖2. S@FeNi₃ @HC正極的電化學性能

Manipulating the Electronic Structure of Nickel via Alloying with Iron: Toward High-Kinetics Sulfur Cathode for Na–S Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05778

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