朱庆山/张会刚/惠俊峰AEM：金属结催化剂实现多硫化物的高效持久电催化

锂硫（Li-S）电池被认为是下一代储能系统的有希望的候选者。然而，多硫化物的缓慢动力学和穿梭效应阻碍了其实际应用。设计高效率的催化剂以提高动力学和抑制穿梭效应是构建耐用Li-S电池的一个主要任务。

图1. 用于Li-S催化的金属-金属结的示意图

中科院过程所朱庆山、西北大学张会刚、惠俊峰等研究了五种典型的Li-S电池钴基催化剂，研究发现ZIF衍生的钴纳米颗粒对多硫化物转化具有最高的催化活性。活性的起源归因于固体中的高电子迁移率以及多硫化物和催化剂之间的强相互作用。

然而，由于Co原子的正电性和纳米颗粒的高表面积导致其化学不稳定，因此Co纳米粒子在Li-S电池中循环时容易被氧化并失去其高催化活性。

基于理论和实验结果，作者设计了一种用于Li-S催化的Co/CoSe结。由于Co和CoSe的功函数不同，该结重新排列了电荷分布，并加强了多硫化物和CoSe之间的相互作用，从而产生比单个Co和CoSe更高的催化活性。此外，CoSe的相对稳定性使得该结在循环时持久。

图2. Co/CoSe结的催化机理

因此，与Co相比，Co/CoSe结显示出长期的催化活性。由此产生的Co/CoSe电池在0.1C时可以提供1441.2 mAh/g的高初始容量。另外，长期循环表明，Co/CoSe全电池在2C下循环1000次后可以保持69.3%的初始容量，对应于每个循环0.0307%的容量衰减。

总体而言，这种Co/CoSe结设计为提高多硫化物转化的催化活性提供了一种替代方法。

图3. 锂硫电池的电化学性能

Co/CoSe Junctions Enable Efficient and Durable Electrocatalytic Conversion of Polysulfides for High-Performance Li–S Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204345

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