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樓雄文最新Angew.：ZnCo-MOF NBs助力Li-S電池發(fā)展！

來源：時間：2023-06-28 09:21:02 瀏覽：2767次

第一作者：Zhuo Zhu

通訊作者：樓雄文教授

通訊單位：香港城市大學/新加坡南洋理工大學

DOI: 10.1002/anie.202305828

研究背景

鋰-硫（Li-S）電池具有理論容量高、價格低廉和環(huán)境友好等特點，被認為是下一代儲能體系的候選者。可溶多硫化鋰（LiPSs）緩慢的氧化還原動力學和不利的穿梭效應導致Li-S電池庫侖效率低、倍率性能差以及循環(huán)壽命短等問題。合理設計結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高硫負載能力和有效催化活性的碳材料，被廣泛證明可以提高正極側(cè)硫的保有率（物理限制+化學吸附），抑制多硫化物的穿梭效應（物理限制+化學吸附），加快硫正極的氧化還原反應（電化學催化）。基于此，香港城市大學/南洋理工大學樓雄文團隊報道了利用配位交換法制備了一種雙金屬ZnCo-MOF納米盒（ZnCo-MOF NBs），并進一步采用碳化工藝獲得了用于Li-S電池的功能性硫宿主。在該結(jié)構(gòu)中，精心設計的中空結(jié)構(gòu)對“儲硫-限硫-保硫”顯示出強的物理限域作用。更重要的是，ZnCo-MOF中高度分散的Co-O₄活性位點對多硫化物顯示出吸附錨定和催化轉(zhuǎn)化的雙重功能。

文章要點

要點一：單寧酸和MOF中的咪唑配體發(fā)生交換，制備了獨特的中空結(jié)構(gòu)的雙金屬ZnCo-MOF NBs，該策略可拓展至其他MOFs材料的結(jié)構(gòu)改性。

要點二：通過電化學表征、UV-Vis、XPS和DFT計算，證明并解密ZnCo-MOF宿主對多硫化物的“物理限制-化學吸附-電催化”三重作用。該工作為Li-S電池及其他先進硫基儲能體系中硫功能性宿主材料提供了新的思路。

圖文展示

圖1.雙金屬ZnCo-MOF中空納米盒載體的微觀形貌和結(jié)構(gòu)圖

圖2.載體材料ZnCo-MOF中空納米盒的結(jié)構(gòu)表征

圖3.復合材料ZnCo-MOF/S和Zn-MOF/S的電化學性能

圖4. ZnCo-MOF對多硫化物的吸附作用分析

圖5.ZnCo-MOF對多硫化物的催化作用分析

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