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文 章 信 息
Co7Fe3合金催化剂的结构调控用于锂硫电池中多硫化物的的快速催化转化
第一作者：孙林
通讯作者：孙林*，金钟*
单位：盐城工学院，南京大学，安徽大学
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研 究 背 景
锂硫电池具有理论能量密度高、成本效益高的优点，已成为新一代储能器件的理想选择之一。然而，锂硫电池还存在诸多尚未解决的问题，首先，硫和Li2S自身的绝缘性导致转化反应过程动力学缓慢，实际容量利用率低；其次，作为中间产物，多硫化锂(LiPSs)在大多数有机液体电解质中存在显著的“穿梭效应”，可溶性硫在正极和负极之间穿梭，使反应界面恶化；此外，严重的体积变化(80%)导致硫正极的力学性能下降。因此，通过合适的催化材料的设计，构建具有优异固硫性能和提升硫的转化动力学具有重要意义。
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文 章 简 介
近日，盐城工学院孙林教授与南京大学、安徽大学合作在国际材料科学领域的权威期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“D-Band Center Modulation of Metallic Co-Incorporated Co7Fe3 Alloy Heterostructure for Regulating Polysulfides in Highly Efficient Lithium-Sulfur Batteries”的研究论文。该工作在Co7Fe3合金催化剂的基础上，通过简单的热处理温度的调控，引入了额外的Co原子形成了具有异质结构的Co7Fe3催化剂。将该催化剂添加到科琴黑（KB）中形成载硫正极材料（S/KB/Co7Fe3Co），基于S/KB/Co7Fe3Co正极的锂硫电池显示了优异的电化学性能，在1 C的大电流密度下，循环1000圈后可逆比容量仍超过500 mAh g-1，每圈的容量衰减率仅为0.046%。理论计算和实验结果解释了额外Co的引入，能改变Co7Fe3合金催化材料的d带中心位置，有效增强催化剂对多硫化锂中间体（尤其对短链的Li2S2和Li2S）的吸附和催化转化性能。
图1. Co7Fe3Co异质催化材料的制备流程示意图以及形貌、元素组成分析。
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本 文 要 点
通过简单的热处理温度的调控实现了向Co7Fe3合金中引入了额外的Co原子，从而构建了Co7Fe3Co异质结构。理论计算与实验数据均显示，额外引入的Co改变了Co7Fe3合金催化剂的能带结构，显著提升了其对LiPSn中间体的吸附和催化转化能力。尤其，Co7Fe3Co异质结构对Li2S2和Li2S等短链硫化物展现出显著提升的吸附能力，有效加速了硫转化反应的速率控制步骤。所制备的S/KB/Co7Fe3Co电极在循环性能和倍率性能方面表现出色，在1 C的电流密度下循环1000次后，其可逆比容量保持在500 mAh g-1以上，每圈容量衰减率仅为0.046%。
图2. 原位测试和DFT理论计算。
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文 章 链 接
D-Band Center Modulation of Metallic Co-Incorporated Co7Fe3 Alloy Heterostructure for Regulating Polysulfides in Highly Efficient Lithium-Sulfur Batteries
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416826
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通 讯 作 者 简 介
孙林教授简介：南京大学兼职硕士生导师，盐城工学院、常州大学硕士生导师，2017年获得南京大学博士学位，盐城工学院能源与应用催化科技创新团队负责人。入选江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师（2023），江苏省高层次创新创业人才引进计划科技副总。在Chem. Soc. Rev., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., Small, Nano Res.等国内外重要期刊发表SCI论文60余篇，论文合计被引用2000余次。主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省科技厅碳达峰碳中和专项资金等多项省部级以上项目。荣获2021年江苏省科学技术奖三等奖，2024年中国化工学会科学技术奖基础研究成果二等奖，Nano Research/ Nano Research Energy学术新星奖等荣誉和奖励。
金钟教授简介：金钟，南京大学化学化工学院教授、博士生导师，现担任南京大学绿色化学与工程研究院执行院长、南京大学天长新材料与能源技术研发中心主任。2003年和2008年先后获得获北京大学化学与分子工程学院材料化学学士和无机化学博士学位。2008-2014年先后在美国莱斯大学（Rice University）化学系及美国麻省理工学院（MIT）化工系进行博士后研究。2014年起任教于南京大学化学化工学院，先后入选了国家海外青年人才计划、国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家级领军人才计划。主要研究领域是能源化学和材料化学，包括：清洁能源转换与存储材料的结构设计、物理化学机制研究和功能器件应用。已在Nature Chem.、Nature Commun.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Mater.等学术期刊发表SCI论文>270篇，他引>20000次，H因子75。
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课 题 组 招 聘
课题组主要研究方向包括高能量密度硅碳负极锂电池、锂硫电池，水系锌电池等。
联系方式：sunlin@nju.edu.cn
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