黄少铭/张琪ACS Nano: MOF衍生的多级硫主体中构建异质结构以捕获多硫化物并促进转化动力学

锂硫电池（LSBs）仍然受到多硫化物（LiPSs）穿梭效应的严重阻碍，导致硫利用率低和寿命缩短。具有定制多孔结构和催化位点的主体的优化设计有望解决这个问题。

在此，广东工业大学黄少铭教授、张琪等人在金属-有机骨架 (MOF) 衍生的具有分级结构的硫主体中精心设计了Bi/Bi₂O₃异质结构（Bi/Bi₂O₃@C@G），既可用作硫主体，又可促进LiPS的氧化还原反应动力学。

作者对该异质结构的电化学影响进行了深入研究，并与具有单一组分的主体（Bi@C@G和Bi₂O₃@C@G）进行了比较。结果表明，形成的Bi/Bi₂O₃异质结构界面处存在大量活性位点，此外，Bi₂O₃对LiPSs有很强的吸附作用；Bi提供更好的导电性和更高的氧化还原活性，促进了LiPSs转化过程中的电子转移。

图1. Bi/Bi₂O₃异质结构的构建及其对LiPS吸附和催化转化的影响

因此，基于Bi/Bi₂O₃@C@G-S电极组装的LSB能够有效地阻止LiPSs的穿梭，提高硫的利用率，从而提高了电池的性能。这种LSB在200次循环后具有1190 mAh g^-1的高可逆性，0.2 C下的容量保持率为95%，1 C下1000次循环后的高放电容量为740.8 mAh g^-1，每循环的衰减率低至0.022%。

此外，即使在8.1 mAh cm^-2的高硫负载量下，6.6 mAh cm^-2的高面积容量也可以保持100次以上。这项研究提供了一种制备功能性硫主体材料的方法，有望启发未来用于先进LSB的催化多孔正极材料的发展。

图2. 基于Bi/Bi₂O₃@C@G-S电极的LSB电化学性能

Constructing Heterogeneous Structure in Metal-Organic Framework-Derived Hierarchical Sulfur Hosts for Capturing Polysulfides and Promoting Conversion Kinetics, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07820

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黄少铭/张琪ACS Nano: MOF衍生的多级硫主体中构建异质结构以捕获多硫化物并促进转化动力学

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