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鋰硫（Li-S）電池的電化學(xué)性能受到緩慢的硫氧化還原動(dòng)力學(xué)和多硫化鋰（LiPSs）的穿梭效應(yīng)的嚴(yán)重阻礙。

浙江大學(xué)潘洪革、復(fù)旦大學(xué)吳仁兵等首次通過(guò)簡(jiǎn)便的雙金屬沸石咪唑酯骨架-L-模板策略將Co納米粒子和單原子Zn同時(shí)注入到N摻雜多孔碳納米片接枝的CNT中，來(lái)催化Li-S電池中的多硫化物轉(zhuǎn)化過(guò)程。

圖1 Co/SA-Zn@NC/CNTs的制備及表征

在這種集成的復(fù)合電催化劑中，Co納米粒子與原子Zn-N₄之間的強(qiáng)相互作用有利于電荷再分布以減少反應(yīng)勢(shì)壘，從而大大加速LiPSs（Li₂S_n?Li₂S）的雙向液固轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)。具有大表面積的多孔碳納米片在整個(gè)碳層中提供了一個(gè)高度可及的活性位點(diǎn)，并適應(yīng)巨大的體積變化，而從納米片表面原位突出的碳納米管不僅阻礙了它們的聚集，而且確保了快速的電子/離子轉(zhuǎn)移途徑。

圖2 S@Co/SA-Zn@NC/CNTs的電化學(xué)性能

得益于協(xié)同效應(yīng)，采用Co/SA-Zn@NC/CNTs基硫正極的Li-S電池在0.2 C時(shí)表現(xiàn)出1302 mAh g^-1的高可逆容量，并且在1 C下的800 次循環(huán)具有每循環(huán)0.033%的低容量衰減率。此外，在0.2 C和5.1 mg cm^-2的硫負(fù)載下，仍可以實(shí)現(xiàn)4.5 mAh cm^-2的高面積容量。這項(xiàng)工作可能為設(shè)計(jì)用于Li-S電池的高性能硫基正極提供新的見(jiàn)解。

圖3 動(dòng)力學(xué)研究

Implanting Single Zn Atoms Coupled with Metallic Co Nanoparticles into Porous Carbon Nanosheets Grafted with Carbon Nanotubes for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200424

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