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王安邦/黄雅钦EES：SAIn@CNT助力500 Wh/kg级袋式Li-S电池中的快速氧化还原转化

时间：2023-10-04 来源： 浏览：

王安邦/黄雅钦EES：SAIn@CNT助力500 Wh/kg级袋式Li-S电池中的快速氧化还原转化

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单原子催化剂（SACs）具有独特的配位化学性质，是锂-硫（Li-S）电池中高效电催化体系的重要组成部分，其合理设计已成为多硫化锂（LiPSs）转化动力学研究的热点。
基于此， 北京 化学防御研究所王安邦和北京化工大学黄雅钦教授等人 报道了通过卟啉将铟（In）SACs吸附在碳纳米管上（SAIn@CNT），克服了热解过程中空尺度上的失配和团聚问题。高含硫量（14.29 g）的SAIn@CNT袋式电池显示出显著的比能量（495wh kg -1 ）和稳定的循环性能，在0.2 C下循环50次，这是国际上首次报道。
通过DFT计算，作者研究了不同配位的In SACs的催化机理进行了评价。根据In-N 3 和In-N 4 的In-4d轨道的偏态密度（PDOS）图，在In-N配位键中，电子聚集在吸引电子的N原子周围，而随着配位数的缩小，电子转移到In原子上。
根据Bader电荷分析结果，In-N 3 中的In传递了-1.344 e的电荷，高于In-N 4 ，随着电子重排，In-N 3 的费米能级预计更接近导带，从而导致与LiPSs的强相互作用。
此外，作者计算发现较高的d会增加反键效应的能量，减弱相应的键强度，从而导致In-N 3 位点上LiPSs的激活势垒降低。In-N 3 基样品在费米能级附近的电子密度高于In-N 4 基样品，进一步证明了LiPSs/In-N 3 体系中促进了电子转移，说明了在有缺陷的单原子结构中电导率增强，提高了LSBs的倍率能力和循环性能。
计算得到In-N 3 和In-N 4 的功函数分别为8.25 eV和9.15 eV，说明低配位结构可有效减少逃逸功，促进In-N和多硫化物之间载流子的传导，从而提高多硫化物的反应性。
Engineering deficient-coordinated Single-atom Indium Electrocatalyst for Fast Redox Conversion in Practical 500 Wh/kg-level Pouch Lithium-sulfur Batteries. Energy Environ. Sci., 2023 , DOI: 10.1039/D3EE02675B.
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