原子级吸附-催化双位点构筑锂硫电池

MYu 2年前 (2022-12-30) 2815浏览

一、【导读】

锂硫电池（LSBs）虽然具有高理论比容量和能量密度，但受限于由可溶性中间体多硫化锂（LiPSs）引起的穿梭效应以及其较慢的氧化还原反应动力学，LSBs的循环稳定性目前仍无法满足实际应用的要求。引入对LiPSs具有吸附-催化作用的电催化剂有望大幅提高LSBs的循环寿命，但根据Sabatier原则可知，催化位点对反应物的吸附强度不应过强，否则会毒化位点从而导致催化活性的降低。因此，只具有单一活性位点的电催化剂难以满足复杂的LiPSs氧化还原反应中的吸附-催化要求。异质结构催化剂能够提供多种活性位点，LiPSs优先吸附于吸附剂表面，而后迁移至催化剂表面完成催化转化。然而，目前仍缺乏通过原子尺度上的结构调控，对单一材料表面的吸附-催化双活性位点进行优化设计的深入研究。

二、【成果掠影】

近日，苏州大学张亮教授课题组对尖晶石型氧化物进行了针对性设计，以Fe₃O₄为框架，先后引入Co³⁺和Mn³⁺，利用不同阳离子对不同位点的亲和性差异，选择性地将Co³⁺引入四面体位点（Co³⁺_Td），Mn³⁺引入八面体位点（Mn³⁺_Oh），成功构建了不对称的Mn³⁺_Oh-O-Co³⁺_Td结构。Mn³⁺_Oh-O-Co³⁺_Td结构中的超交换作用同时优化了Co³⁺_Td和Mn³⁺_Oh的电子结构，后续引入部分Se取代激活了整体的自旋电荷转移动力学。Co³⁺_Td位点对LiPSs具有更强的吸附作用，Mn³⁺_Oh位点能够有效实现LiPSs的催化转化，从而在原子尺度上实现了LiPSs在表面的连续吸附-催化过程。该研究成果以“Cooperative Catalysis of Polysulfides in Lithium-Sulfur Batteries through Adsorption Competition by Tuning Cationic Geometric Configuration of Dual-active Sites in Spinel Oxides”为题发表在知名期刊Angewandte Chemie International Edition上。