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斯坦福大學(xué)崔屹：Ni@HGDY加速Li2S轉(zhuǎn)化動力學(xué)！

來源：時間：2023-07-14 09:45:31 瀏覽：2540次

第一作者：Louisa C. Greenburg

通訊作者：崔屹教授

通訊單位：斯坦福大學(xué)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01034

研究背景

鋰-硫（Li-S）電池具有高的理論能量密度和低成本等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代儲能系統(tǒng)的有力候選者。然而，絕緣硫（S）和硫化鋰（Li₂S）之間緩慢的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué)和多硫化物的“穿梭效應(yīng)”仍是巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，S和Li₂S之間密度差會在循環(huán)時引起S正極巨大的體積變化，進(jìn)而造成電極粉化、活性S損失和循環(huán)壽命差等列問題?；诖?，斯坦福大學(xué)崔屹教授團(tuán)隊報道了一種負(fù)載鎳的氫取代石墨炔（Ni@HGDY）作為調(diào)控Li₂S正極反應(yīng)的催化劑。研究表明這種催化劑能有效加快電子/離子的轉(zhuǎn)移速率，降低反應(yīng)過電位，促進(jìn)Li₂S和S之間的可逆轉(zhuǎn)化。該工作突出了Ni作為金屬催化劑的功效，并展示了氫取代石墨炔在儲能應(yīng)用中的潛力。

文章要點(diǎn)

1、作者合成了一種鎳金屬錨定在氫取代石墨炔表面的催化劑，用于改善Li₂S正極反應(yīng)動力學(xué)。

2、氫取代石墨炔（HGDY）表面豐富的π-π共軛網(wǎng)絡(luò)能加快電子傳導(dǎo)，同時乙炔連接體之間的大的孔隙（16.3 ?）也有利于增強(qiáng)鋰離子擴(kuò)散。

3、Ni@HGDY催化劑提供了高密度的反應(yīng)活性位點(diǎn)，Ni中心能催化Li₂S和S的相互轉(zhuǎn)化，同時HGDY共軛單元能誘捕多硫化物，從而協(xié)同地增強(qiáng)Li₂S正極反應(yīng)動力學(xué)。

圖文展示

圖1. Ni@HGDY催化劑的設(shè)計和作用機(jī)制

圖2. Ni@HGDY催化劑的合成過程和結(jié)構(gòu)表征

圖3. Ni@HGDY對提升Li₂S正極轉(zhuǎn)化的作用

圖4. Ni@HGDY顯著提升Li₂S正極電化學(xué)性能

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