第一作者: 雷杰
通訊作者: 董全峰，陳嘉嘉
通訊單位: 廈門大學(xué)
研究?jī)?nèi)容：
在鋰離子電池正極中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)掩蓋了各種關(guān)鍵的電催化過(guò)程，這強(qiáng)烈地影響了該電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能。在這里，作者研究了一種單分散分子團(tuán)簇催化劑復(fù)合材料的開發(fā)，該復(fù)合材料由聚氧金屬酸鹽框架([Co4(PW9O34)2]10?)和多層還原氧化石墨烯組成。由于界面電荷轉(zhuǎn)移和不飽和鈷位點(diǎn)的暴露，該復(fù)合材料表現(xiàn)出高效的多硫化物吸附和降低的多硫化物轉(zhuǎn)化的活化能，從而可作為雙功能電催化劑。該工作通過(guò)靜電組裝的合成方法，以帶正電荷的聚(乙烯亞胺)為連接劑，將[Co4(PW9O34)2]10? ({Co4W18})團(tuán)簇以單分子狀態(tài)均勻錨定在還原氧化石墨烯(rGO)上，形成{Co4W18}/rGO復(fù)合物。{Co4W18}團(tuán)簇分子中暴露的大量不飽和的鈷位點(diǎn)，能顯著增強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)多硫化物的吸附，并降低多硫化物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的活化能，通過(guò)“吸附-活化”雙功能催化效應(yīng)，促進(jìn)放電產(chǎn)物Li2S的沉積與氧化。研究者將該模型電催化劑應(yīng)用于鋰硫軟包電池，初步探索了其在接近實(shí)際電池狀態(tài)下的性能。
示意圖1
要點(diǎn)一：
作者成功地以帶正電荷的聚（乙基亞胺）作為連接劑，在rGO表面開發(fā)了單分散的{Co4W18}團(tuán)簇。脫水的{Co4W18}團(tuán)簇暴露不飽和鈷原子，吸附增強(qiáng)，將LiPSs的活化能從原始r氧化石墨烯的0.55eV降低到{Co4W18}/rGO的0.3eV。
要點(diǎn)二：
此外，與{Co4W18}+rGO相比，{Co4W18}/rGO復(fù)合材料可以暴露豐富的活性位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更均勻的Li2S沉積，降低Li2S的活化屏障。
要點(diǎn)三：
此工作從原子級(jí)的角度說(shuō)明了單多氧金屬酸鹽分子簇催化劑對(duì)硫氧化還原反應(yīng)的催化機(jī)理。催化劑和硫物種之間的基本相互作用已被指出和澄清。此外，由于POM團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)和化學(xué)可調(diào)性，可以建立結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能關(guān)系，這為硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)以外的其他催化領(lǐng)域設(shè)計(jì)先進(jìn)催化劑提供了一個(gè)很有前途的策略。
圖1：還原氧化石墨烯的制備和表征。
圖2：聚硫化物的吸附和轉(zhuǎn)化反應(yīng)。a Li2S6溶液被不同材料吸附3h后的紫外-可見(jiàn)吸附光譜（插入圖：上述溶液的光學(xué)圖像）。b rGO、Co4W18}+rGO和Co4W18}/rGO電極下Li2S6對(duì)稱細(xì)胞的CV曲線和c Nyquist圖。rGO和{Co4W18}/rGO在聚硫化物吸附前后的d S2p、e Co2p和f O1s峰的XPS圖譜。
圖3：Li2S沉積和氧化的雙功能催化行為。a-c Li2S8溶液在rGO、{Co4W18}+rGO和{Co4W18}/rGO電極上的抗電位成核譜。d rGO、{Co4W18}+rGO和{Co4W18}/rGO電極上Li2S氧化的LSV曲線和Tafel圖。e {Co4W18}/rGO復(fù)合材料表面Li2S沉積和氧化的雙功能催化效果示意圖。f rGO（藍(lán)線）和{Co4W18}（紅線）上Li2S→LiS+Li的能量譜。
圖4：基于各種硫陰極的鋰離子電池的電化學(xué)性能。
參考文獻(xiàn)
Jie Lei, Xiao-Xiang Fan, Ting Liu, Pan Xu, Qing Hou, Ke Li, Ru-Ming Yuan, Ming-Sen Zheng, Quan-Feng Dong & Jia-Jia Chen, Single-dispersed polyoxometalate clusters embedded on multilayer graphene as a bifunctional electrocatalyst for efficient Li-S batteries, Nat Commun, 2022, 13, 202.
