近日，化學(xué)與化工學(xué)院王得麗教授團(tuán)隊(duì)相繼在《Advanced Functional materials》和《Nano Energy》刊發(fā)了鋰硫電池硫電極高效催化轉(zhuǎn)化相關(guān)的研究論文，題目分別為《Ni single atoms on hollow nanosheet assembled carbon flowers optimizing polysulfides conversion for Li?S batteries》和《Superlattice and Defect Engineering Enabled NC@VS2–x as Trifunctional Promoter for Polysulfides Catalytic Conversion》。
鋰硫電池具有理論比容量高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，然而受遲滯的硫電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響，其實(shí)用性進(jìn)展一直未能取得重大突破。存在問(wèn)題的根本原因在于傳統(tǒng)催化劑的活性有限難以在復(fù)雜環(huán)境中同步實(shí)現(xiàn)對(duì)多種多硫化物的吸附轉(zhuǎn)化。
圖1. (a) NC@VS2–x在硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的作用機(jī)理及(b) 多硫化物在Ni-NC上的吸附/轉(zhuǎn)化機(jī)理示意圖
為了抑制鋰硫電池中的穿梭效應(yīng)并提高硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，王得麗教授團(tuán)隊(duì)分別通過(guò)超晶格和缺陷工程共調(diào)控策略以及單原子工程控來(lái)優(yōu)化催化劑的活性，提升固液界面催化位點(diǎn)對(duì)多硫化物的吸附轉(zhuǎn)化能力。超晶格和缺陷工程能暴露更多活性位點(diǎn)，在動(dòng)力學(xué)上極大降低了各個(gè)反應(yīng)階段的反應(yīng)能壘，促進(jìn)了硫化鋰的沉積和氧化，加快了鋰離子的傳輸，最終實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的低液硫比電池性能。進(jìn)一步，通過(guò)構(gòu)建了空心納米片組裝的碳花負(fù)載的鎳單原子催化劑，一方面，單原子催化劑的原子利用率高，大幅提升催化活性；另一方面，空心納米片組裝的碳化載體顯著增強(qiáng)導(dǎo)電性，縮短離子擴(kuò)散途徑，實(shí)現(xiàn)可接近的多硫化物吸附和轉(zhuǎn)化位點(diǎn)。以上系列研究成果不僅為鋰硫電池中催化劑的設(shè)計(jì)以及性能提升提供了新的思路，而且有望于擴(kuò)展到其他高效的多電子反應(yīng)路徑固液界面的構(gòu)建。
圖2. 王得麗教授（右一）指導(dǎo)學(xué)生，王瑞（右二）和秦金磊（左一）
我校為該項(xiàng)工作的第一完成單位及通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院2021級(jí)碩士研究生王瑞和2020級(jí)博士研究生秦金磊分別為兩篇論文的第一作者，王得麗教授為唯一通訊作者。該研究工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金(22279036)、新能源化學(xué)與器件學(xué)科創(chuàng)新引智基地（B21003）及華中科技大學(xué)創(chuàng)新研究基金(2019kfyRCPY100)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305991
https://doi:10.1016/j.nanoen.2023.108889.
