黄少铭/张琪AFM：将亚纳米催化剂融入MOF，实现多硫化物的高效限制与转化

硫物种的穿梭效应和迟缓的氧化还原动力学仍然阻碍着锂硫电池（LSB）的实际应用。

图1 材料制备及表征

广东工业大学黄少铭、张琪等提出了一种将亚纳米催化剂整合到金属有机框架（MOF）中的策略，以开发高效的硫宿主来解决这些问题。所设计的MOF宿主（MOF-TOC）在MOF的中孔中被赋予了亚纳米Ti-O团簇（TOCs），可以作为LSB的一个有效反应室。

系统的电化学测量和计算表明，MOF-TOC可以通过强烈的化学作用捕获和限制多硫化锂（LiPSs）。此外，隔离在不同纳米孔中的高活性TOC可以通过与硫物种的d-p轨道杂交加速硫物种的双向氧化还原反应。

图2 对多硫化物的吸附与催化转化

受益于孔隙封闭和催化转化的协同效应，与传统的多孔MOFs相比，基于S/MOF-TOC正极的LSBs具有显著改善的倍率性能和优化的循环稳定性，其在高硫负载和贫电解液条件下达到了7.9 mAh cm^-2的高容量。

此外，采用S/MOF-TOC正极组装的高硫负载软包电池可以在不同的折叠状态下稳定地工作。这项工作为合理设计含催化剂的MOF宿主提供了启示，也将为开发高性能LSB的先进催化主体提供启示。

图3 锂硫电池电化学性能研究

Integrating Sub-Nano Catalysts into Metal-Organic Framework toward Pore-Confined Polysulfides Conversion in Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304619

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