孙学良/孙润仓/高雪洁/姜明Carbon Energy：Pt-Co双单原子催化剂助力Li-S电池的超快动力学

锂硫（Li-S）电池的应用仍然受到从多硫化物到Li₂S的缓慢转化动力学的限制。尽管有多种单原子催化剂（SAC）可用于改善转化动力学，但Li-S电池的硫氧化还原动力学仍然不够快。

图1. 材料制备及表征

加拿大西安大略大学孙学良、大连工业大学孙润仓、高雪洁、安徽大学姜明等采用ALD方法在掺氮碳纳米管（NCNT）表面成功沉积了双单质（Pt和Co）单原子催化剂（Pt&Co@NCNT），以抑制穿梭效应并协同改善多硫化物到Li₂S的相互转化动力学。

研究显示，得益于双位点SAC的催化吸附协同效应，S/Pt&Co@NCNT电极中液态Li₂S_x向固态Li₂S的转化动力学得到了改善，穿梭效应也得到了抑制。因此，使用S/Pt&Co@NCNT电极组装的电池不仅提高了硫的利用率，还增强了循环性能的稳定性。

图2. Li-S电池性能

特别是，与其他样品相比，S/Pt&Co@NCNT在电流密度为1.3 mA cm^-2时的初始容量输出最高，为1460.9 mAh g^-1，循环100次后仍保持在1185.5 mAh g^-1。此外，即使在3 mA cm^-2的高电流密度下循环500次，每次循环的容量衰减率也仅为0.12%，库伦效率超过97.7%。X射线吸收近边缘结构（XANES）测试结果验证了双位点SAC增强了液态Li₂S_x与固态Li₂S之间的可逆转换。

密度函数理论（DFT）计算也证明了S/Pt&Co@NCNT电极的结构，与对比样品相比，S/Pt&Co@NCNT的Li₂S_x转换自由能更高，固态Li₂S的分解能更低。这项研究为促进硫氧化还原动力学以实现超倍率Li-S电池开辟了一个新方向。

图3. K边缘XANES表征和不同载体上硫物种转化的示意图

Dual-single-atoms of Pt–Co boost sulfur redox kinetics for ultrafast Li–S batteries. Carbon Energy 2023. DOI: 10.1002/cey2.422

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