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張力/陳嘉嘉/郭向陽ACS Nano: 用于高負(fù)載鋰硫電池的輕質(zhì)MOF電催化膜的缺陷工程

鋰硫 (Li-S) 電池以其高理論容量和重量能量密度而被認(rèn)為是下一代電化學(xué)儲能系統(tǒng)的有希望的候選者，多硫化鋰中間體緩慢的動(dòng)力學(xué)和穿梭效應(yīng)是阻礙其實(shí)際應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)。

在此，廈門大學(xué)張力、陳嘉嘉以及中科院大連化物所郭向陽等人引入了一種缺陷工程策略來構(gòu)建一種缺陷的-UiO-66-NH₂-4 /石墨烯電催化膜（D-UiO-66-NH₂ -4/G EM），該膜可以加速高硫負(fù)載和低電解液/硫 (E/S) 比Li-S電池中多硫化鋰的轉(zhuǎn)化。

MOF材料（UiO-66-NH₂）可以被定向化學(xué)雕刻以形成具有豐富缺陷的凹八面體。根據(jù)電催化動(dòng)力學(xué)和DFT計(jì)算研究，D-UiO-66-NH₂-4結(jié)構(gòu)通過強(qiáng)大的化學(xué)親和力有效地提供了充足的位點(diǎn)來捕獲多硫化物，提高了多硫化物轉(zhuǎn)化的電催化活性。

圖1. D-UiO-66-NH₂-4 EM合成及表征

因此，在貧電解液（E/S = 5 μL mg^-1）以及2.1 mA cm^-2 (0.1 C) 電流密度下，具有這種電催化膜的Li-S電池在硫負(fù)載高達(dá)12.2 mg·S cm^-2時(shí)可提供 12.3 mAh cm^-2 (1013 mAh g^-1) 的高容量。

此外，軟包鋰硫電池還表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在100次循環(huán)后保持 996 mAh g^-1的容量。這項(xiàng)研究可以啟發(fā)基于框架的納米材料的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)未來各種電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求。

圖2. 基于該電催化膜的Li-S電池的電化學(xué)性能

Defects Engineering of Lightweight Metal-Organic Frameworks-Based Electrocatalytic Membrane for High-Loading Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05585

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/25/4be3548220/

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