原子級吸附-催化雙位點構筑鋰硫電池

MYu 6個月前 (12-30) 1518瀏覽

一、【導讀】

鋰硫電池（LSBs）雖然具有高理論比容量和能量密度，但受限于由可溶性中間體多硫化鋰（LiPSs）引起的穿梭效應以及其較慢的氧化還原反應動力學，LSBs的循環穩定性目前仍無法滿足實際應用的要求。引入對LiPSs具有吸附-催化作用的電催化劑有望大幅提高LSBs的循環壽命，但根據Sabatier原則可知，催化位點對反應物的吸附強度不應過強，否則會毒化位點從而導致催化活性的降低。因此，只具有單一活性位點的電催化劑難以滿足復雜的LiPSs氧化還原反應中的吸附-催化要求。異質結構催化劑能夠提供多種活性位點，LiPSs優先吸附于吸附劑表面，而后遷移至催化劑表面完成催化轉化。然而，目前仍缺乏通過原子尺度上的結構調控，對單一材料表面的吸附-催化雙活性位點進行優化設計的深入研究。

二、【成果掠影】

近日，蘇州大學張亮教授課題組對尖晶石型氧化物進行了針對性設計，以Fe₃O₄為框架，先后引入Co³⁺和Mn³⁺，利用不同陽離子對不同位點的親和性差異，選擇性地將Co³⁺引入四面體位點（Co³⁺_Td），Mn³⁺引入八面體位點（Mn³⁺_Oh），成功構建了不對稱的Mn³⁺_Oh-O-Co³⁺_Td結構。Mn³⁺_Oh-O-Co³⁺_Td結構中的超交換作用同時優化了Co³⁺_Td和Mn³⁺_Oh的電子結構，后續引入部分Se取代激活了整體的自旋電荷轉移動力學。Co³⁺_Td位點對LiPSs具有更強的吸附作用，Mn³⁺_Oh位點能夠有效實現LiPSs的催化轉化，從而在原子尺度上實現了LiPSs在表面的連續吸附-催化過程。該研究成果以“Cooperative Catalysis of Polysulfides in Lithium-Sulfur Batteries through Adsorption Competition by Tuning Cationic Geometric Configuration of Dual-active Sites in Spinel Oxides”為題發表在知名期刊Angewandte Chemie International Edition上。