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大工張鳳祥CEJ：嵌入3D海綿碳片上的P摻雜Co9S8納米顆粒作為鋰硫電池的電化學(xué)催化劑

由于其金屬性質(zhì)和豐富的催化位點(diǎn)，Co₉S₈可以催化鋰硫電池(LSBs)中的多硫化物轉(zhuǎn)化。然而，其催化活性和化學(xué)吸附能力不足以抑制多硫化鋰（LiPS）在高硫負(fù)載下的穿梭效應(yīng)。

大連理工大學(xué)張鳳祥等人合成了磷(P)摻雜的Co₉S₈納米顆粒并將其嵌入3D海綿狀碳(SC)片中作為 LSB的電化學(xué)催化劑。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適度的P摻雜可以調(diào)節(jié)Co₉S₈的電子結(jié)構(gòu)，同時(shí)改善其與LiPS的相互作用并促進(jìn)LiPS的轉(zhuǎn)化。

當(dāng)P摻雜的Co₉S₈納米顆粒原位形成并均勻分布在3D海綿狀碳片基質(zhì)上時(shí)，所得的P-Co₉S₈ @SC可以確保其吸附和催化位點(diǎn)的良好暴露。

因此，基于優(yōu)化的P-Co₉S₈ @SC改性聚丙烯隔膜的LSB表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（1 C下900次循環(huán)中每次循環(huán)容量衰減0.05%）和高面積容量（4.38 mAh cm^-2 at 5.6 mg cm^-2硫負(fù)載）。該工作表明，適度的雜原子摻雜是開(kāi)發(fā)有效多硫化物催化的有前途的策略。

圖1 對(duì)多硫化物的吸附測(cè)試

圖2 電化學(xué)性能

P-doped Co9S8 nanoparticles embedded on 3D spongy carbon-sheets as electrochemical catalyst for lithium-sulfur batteries. Chemical Engineering Journal 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.131798

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