产品官网：http://www.echemstore.cn/
![]()
![]()
第一作者：杨春满
通讯作者：张义永、李雪
通讯单位：
昆明理工大学Do
i:
10.1016/j.jcis.2024.12.010
1. 全文速览
一种独特的异质双腔核壳纳米催化剂作为锂硫电池的硫宿主，通过功能结构设计实现多级催化效应的设想。锂硫电池由于其高能量密度、低材料成本和环境友好性而被认为是锂离子电池的有前途的替代品。锂硫电池由于其高能量密度、低材料成本和环境友好性而被认为是锂离子电池的有前途的替代品。然而，由于硫和放电产物(Li2S2/Li2S)的电绝缘特性、缓慢的硫氧化还原反应、多硫化物的穿梭效应以及运行期间巨大的体积变化，导致硫利用率低、容量衰减快，这严重阻碍了锂硫电池的实际应用。硫正极的合理设计已被证明可有效应对这些障碍，提高锂硫电池的性能。尽管正极侧多硫化物催化转化的研究已经走过了如此漫长的道路，在一次催化方面似乎已经做到了极致。难以更有效地提升对多硫化物的催化效果，无法更进一步提高多硫化物的转化率。该研究设计了一种新型双腔核壳异质结纳米催化剂（Co9Se8-Ni3Se4@PC），在高效容硫的同时，提供异质双重催化界面，双重保障为实现LiPSs快速且高比率的催化转化提供了可能。为锂硫体系中新型纳米催化剂设计提供了新的思路，为结构设计上实现多级催化提供了新的见解。![]()
Fig. 1 Co9Se8-Ni3Se4@PC材料合成及其作用机制摘要图4. 图文解析
要点一：一种独特的异质双腔核壳纳米催化剂作为锂硫电池的硫宿主，通过功能结构设计实现多级催化效应的设想。依次对前驱体材料Ni-LDH@Co-BTC进行热氧化，气象硒化得到独特的异质双腔核壳结构纳米催化剂。而后通过熔融扩散法将硫封装到 Co9Se8-Ni3Se4@PC 材料的内部和表面。![]()
Fig. 2 Co9Se8-Ni3Se4@PC微观形貌要点二：实现对多硫化物的“一闪即逝 ”催化作用，并显著改善所有硫物种转化过程的动力学。
Co9Se8-Ni3Se4@PC可以有效地改善LiPSs催化转化的动力学。双腔核壳结构有效地固定住了硫，同时异质双重催化效果有效调节所有的硫物种在对应电压下实现有序且充分的转化，尤其对多硫化物催化转化达到了 “转瞬即逝”的效果。
![]()
Fig. 3 反应动力学和催化行为分析
![]()
要点三：Co9Se8-Ni3Se4@PC复合材料表现出良好的高倍率长循环稳定性、并在高负载和低E/S比条件下性能依旧可观。![]()
Co9Se8-Ni3Se4@PC/S电极在2 C下提供了高达923 mAh g-1的稳定比容量，循环800圈容量衰减率仅为0.048%。当硫负载量为5.01 mg cm-2，E/S为10 uL mg-1，Co9Se8-Ni3Se4@PC/S电极在0.1 C下循环160圈后仍保留548 mAh g−1的高比容量。Co9Se8-Ni3Se4@PC在高电流密度下的高容量和出色稳定性突显了其双腔核壳结构出色的固硫能力。同时，宽反应界面上的异质双重催化则保障了LiPSs的快速催化和高转化率，展示了其优越的催化转化能力，进一步带来了锂硫电池可观的性能提升。该工作以Co-BTC上均匀生长氢氧化镍壳双金属核壳Ni-LDH@Co-BTC为基底，经过热氧化和气相硒化制备了一种新型双腔核壳异质纳米材料（Co9Se8-Ni3Se4@PC）作为锂硫电池的硫主体。经过一系列研究印证，双腔核壳结构的物理包裹可以有效限制硫的“逃逸”，同时双层球壳带来的宽反应界面暴露了更多的电化学催化中心，而不同催化效果的两层反应界面犹如双重保障的两级“滤网”，促进了LiPSs高效，高比率转化。从而加速了锂硫电池体系的反应动力学。得益于上述优点，Co9Se8-Ni3Se4@PC/S正极材料在2 C下提供了923 mAh g-1的初始比容量，循环800圈后平均容量衰减率仅为0.048%。即使在5 C下也可提供最高达699 mAh g-1的高倍率比容量。这项工作为锂硫电池系统中的新型纳米催化剂设计贡献了创新性策略，同时为实现多重催化实现多硫化物的高比率转化提供了理论洞察。![]()
张义永，副教授，硕士生导师。云南省“兴滇英才支持计划”入选者，云南锂宸新材料股份有限公司科技副总。基于系统、扎实的电化学理论知识，分别针对锂硫电池，金属硫化物、碳基、硅基锂/钠负极等方向开展创新性研究。相关成果在具有国际学术影响力的重要期刊发表高质量SCI论文70余篇，其中以第一作者或通讯作者发表论文50余篇；获授权中国发明专利10余项。出版锂硫电池学术专著1部，主编出版国家普通高等教育“十四五”规划教材《电化学冶金原理及应用》和《电化学研究方法》教材2本。作为主要参与人荣获2020云南省技术发明一等奖、2023年云南省自然科学一等奖和2022年云南省教育厅教学成果一等奖。![]()
李雪，教授，博士生导师，昆明理工大学研究生院副院长，全国有色金属优秀青年科技奖获得者，全国巾帼建功先进团队骨干成员，云南省产业创新人才、云南省首批“兴滇英才”人才获得者，现任云南省高校应用电化学重点实验室副主任，昆明理工大学研究生院副院长。获省级、学会奖励9项，主持国自科基金、国防科技重点专项等10余项。获授权发明专利20余件，高质量SCI论文80余篇，出版学术专著/教材2部。担任《eScience》《Rare Metals》《Energy Materials》《Carbon Neutralization》《Journal of electrochemistry》等国际期刊青年编委，《矿冶》电化学专刊客座主编，获批江山市李雪教授专家工作站。本公众号原创内容欢迎转发分享，如需转载，请后台私信。我们对文中观点保持中立，仅供参考交流，不构成投资建议。如涉及版权及其他问题，请联系我们删除，谢谢！
产品官网：http://www.echemstore.cn感谢你读完这篇文章，如果对你有帮助
不要忘记点击“转发+点赞+在看”哦！
