张力/陈嘉嘉/郭向阳ACS Nano: 用于高负载锂硫电池的轻质MOF电催化膜的缺陷工程

锂硫 (Li-S) 电池以其高理论容量和重量能量密度而被认为是下一代电化学储能系统的有希望的候选者，多硫化锂中间体缓慢的动力学和穿梭效应是阻碍其实际应用的主要挑战。

在此，厦门大学张力、陈嘉嘉以及中科院大连化物所郭向阳等人引入了一种缺陷工程策略来构建一种缺陷的-UiO-66-NH₂-4 /石墨烯电催化膜（D-UiO-66-NH₂ -4/G EM），该膜可以加速高硫负载和低电解液/硫 (E/S) 比Li-S电池中多硫化锂的转化。

MOF材料（UiO-66-NH₂）可以被定向化学雕刻以形成具有丰富缺陷的凹八面体。根据电催化动力学和DFT计算研究，D-UiO-66-NH₂-4结构通过强大的化学亲和力有效地提供了充足的位点来捕获多硫化物，提高了多硫化物转化的电催化活性。

图1. D-UiO-66-NH₂-4 EM合成及表征

因此，在贫电解液（E/S = 5 μL mg^-1）以及2.1 mA cm^-2 (0.1 C) 电流密度下，具有这种电催化膜的Li-S电池在硫负载高达12.2 mg·S cm^-2时可提供 12.3 mAh cm^-2 (1013 mAh g^-1) 的高容量。

此外，软包锂硫电池还表现出优异的循环稳定性，在100次循环后保持 996 mAh g^-1的容量。这项研究可以启发基于框架的纳米材料的设计，以适应未来各种电化学能量存储和转换系统的需求。

图2. 基于该电催化膜的Li-S电池的电化学性能

Defects Engineering of Lightweight Metal-Organic Frameworks-Based Electrocatalytic Membrane for High-Loading Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05585

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张力/陈嘉嘉/郭向阳ACS Nano: 用于高负载锂硫电池的轻质MOF电催化膜的缺陷工程

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