杨全红/吕伟AEM：高性能锂硫电池硫演化反应的靶向催化剂设计！

由于Li₂S的高氧化势垒而发生的硫演化反应(SER)的缓慢动力学导致硫利用率低和锂硫电池的倍率性能差。然而，解决这一问题的催化剂设计仍然难以实现，因为很难将催化氧化能力与电子结构精确关联起来。

天津大学杨全红、清华大学深圳研究生院吕伟等将层状过渡金属氧化物Na_xTi_0.5Co_0.5O₂用作模型催化剂来探索上述相关性，因为它具有可调的电子结构，并且在Li-S电池的工作电位窗口中具有良好的稳定性。

图1. Na_xTi_0.5Co_0.5O₂活性起源的理论模拟

具体而言，通过去除Na⁺，部分相变可逐渐增加Co活性位点的浓度，同时随着费米能级的上移而降低功函数，加速了催化剂表面的电荷转移，从而提高了Li₂S的催化氧化活性。特别是，同时具有O3和P3相的Na_0.7Ti_0.5Co_0.5O₂对Li₂S的氧化显示出最好的催化活性，对Li₂S的活化显示出最低的过电位，有助于实现最佳的速率性能和最小的极化。

图2. Na_xTi_0.5Co_0.5O₂的催化SER活性和动力学分析

受益于上述优势，由于硫的高利用率和改善的SER动力学，即使在5.0 C的超高倍率下，采用Na_0.7Ti_0.5Co_0.5O₂催化剂的Li-S电池也表现出615 mAh g^-1的高容量。总之，这项工作阐明了Li₂S氧化的电子结构和催化活性之间的关系，这对设计Li-S电池的高性能催化剂非常重要。

图3. Li-S电池性能

Targeted Catalysis of the Sulfur Evolution Reaction for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202232

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