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南開高學(xué)平AFM：Ni-Pt合金催化劑助力鋰硫電池1000次穩(wěn)定循環(huán)！

元素硫具有超高的理論比容量，而硫在鋰硫（Li-S）電池中的實(shí)際應(yīng)用受到氧化還原動力學(xué)緩慢和嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)的嚴(yán)重阻礙。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高硫主體的催化活性是解決這些問題的關(guān)鍵。

南開大學(xué)高學(xué)平等首次引入以高指數(shù)晶面(HIFs)為界的凹納米立方(CNC)鎳鉑(Ni-Pt)合金作為鋰硫電池的硫核心催化劑。

圖1 NC Ni-Pt的表征

與傳統(tǒng)納米立方Ni-Pt(NC Ni-Pt)合金的低指數(shù)晶面(LIFs)相比，HIFs不僅可以為多硫化物(LiPSs)提供適度的化學(xué)耦合，還可以更有效地降低S₈到Li₂S的轉(zhuǎn)換能壘，從而強(qiáng)烈加速硫物種的轉(zhuǎn)化動力學(xué)。隨后，精心設(shè)計(jì)的CNC Ni-Pt合金均勻分布在單層石墨烯(CNC Ni-Pt/G)上，并作為催化硫主體引入Li-S電池。結(jié)果表明，CNC Ni-Pt/G在加速中間體LiPSs的轉(zhuǎn)化和調(diào)節(jié)放電產(chǎn)物的沉積方面表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)活性。

圖2 Li-S電池性能

得益于HIFs的卓越催化活性，S/CNC Ni-Pt/G正極在0.1 C倍率下以全硫正極為活性材料提供了783.3 mAh g^-1的高比容量和在1C下1000次循環(huán)中每循環(huán)0.025%的低容量損失。

此外，在8.8 mgs cm^-2的高硫負(fù)載量和5 μL mg^-1的低電解液用量下，仍可以獲得664.9 mAh g^-1的高可逆容量。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)核心催化劑的暴露面來提高硫主體的催化活性，為Li-S電池主體材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新的途徑。

圖3 CNC Ni-Pt的吸附催化作用

Nickel–Platinum Alloy Nanocrystallites with High-Index Facets as Highly Effective Core Catalyst for Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200893

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