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多硫化物穿梭和緩慢的硫氧化還原動(dòng)力學(xué)阻礙了鋰硫 (Li-S) 電池的循環(huán)性能和倍率性能，加速硫氧化還原反應(yīng)被認(rèn)為是捕獲和利用可溶性硫物質(zhì)的一種有前途的方法。

在此，哈工大張乃慶教授等人報(bào)道采用拓?fù)浣^緣體 (TI) Bi₂Te₃作為加速硫化學(xué)的電催化劑，這是因?yàn)锽i₂Te₃超高的霍爾遷移率（10 200 cm²V^-1s^-1 ) 且易于制備。這種超薄Bi₂Te₃納米片是通過(guò)簡(jiǎn)單的一步溶劑熱方法制造的，研究發(fā)現(xiàn)，其不僅可以有效地錨定硫物種，還可以與吸附的多硫化物形成無(wú)縫的電子傳輸途徑。

一系列實(shí)驗(yàn)和模擬表明，Bi₂Te₃對(duì)硫還原和Li₂S氧化反應(yīng)均顯示出顯著的催化活性，由Bi₂Te₃催化的多硫化物的快速轉(zhuǎn)化將硫物質(zhì)限制在正極側(cè)并保護(hù)鋰負(fù)極免受腐蝕。

圖1. Bi₂Te₃/S正極的電化學(xué)性能

因此，Bi₂Te₃電催化劑的加入賦予鋰硫電池優(yōu)異的倍率性能（857 mAh g^-1@ 3 C) 和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（在3C高倍率下循環(huán)1000次后仍具有571 mAh g^-1的高容量，每個(gè)循環(huán)衰減率低至0.033%）。

即使在6.1 mg cm^-2的高硫負(fù)載量和6 μL mg^-1的E/S比條件下，添加Bi₂Te₃的正極也可以表現(xiàn)出5.7 mAh cm^-2的高面積容量和穩(wěn)定的100次循環(huán)。這項(xiàng)工作證明了Bi₂Te₃催化硫氧化還原反應(yīng)的能力，并可能激發(fā)對(duì)鋰硫電池和其他電化學(xué)應(yīng)用更多TI的探索。

圖2. Bi₂Te₃上硫物質(zhì)的快速氧化還原動(dòng)力學(xué)機(jī)制

Accelerating Sulfur Redox Reactions by Topological Insulator Bi₂Te₃ for High-Performance Li-S Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109413

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哈工大張乃慶AFM：拓?fù)浣^緣體Bi2Te3作為鋰硫電池的高性能電催化劑

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