哈工大张乃庆AFM：拓扑绝缘体Bi2Te3作为锂硫电池的高性能电催化剂

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哈工大张乃庆AFM：拓扑绝缘体Bi2Te3作为锂硫电池的高性能电催化剂
多硫化物穿梭和缓慢的硫氧化还原动力学阻碍了锂硫 (Li-S) 电池的循环性能和倍率性能，加速硫氧化还原反应被认为是捕获和利用可溶性硫物质的一种有前途的方法。
哈工大张乃庆AFM：拓扑绝缘体Bi2Te3作为锂硫电池的高性能电催化剂
在此，哈工大张乃庆教授等人报道采用拓扑绝缘体 (TI) Bi2Te3作为加速硫化学的电催化剂，这是因为Bi2Te3超高的霍尔迁移率（10 200 cm2 V-1 s-1 ) 且易于制备。这种超薄Bi2Te3纳米片是通过简单的一步溶剂热方法制造的，研究发现，其不仅可以有效地锚定硫物种，还可以与吸附的多硫化物形成无缝的电子传输途径。
一系列实验和模拟表明，Bi2Te3对硫还原和Li2S氧化反应均显示出显著的催化活性，由Bi2Te3催化的多硫化物的快速转化将硫物质限制在正极侧并保护锂负极免受腐蚀。
哈工大张乃庆AFM：拓扑绝缘体Bi2Te3作为锂硫电池的高性能电催化剂
图1. Bi2Te3/S正极的电化学性能
因此，Bi2Te3电催化剂的加入赋予锂硫电池优异的倍率性能（857 mAh g-1@ 3 C) 和出色的循环稳定性（在3C高倍率下循环1000次后仍具有571 mAh g-1的高容量，每个循环衰减率低至0.033%）。
即使在6.1 mg cm-2的高硫负载量和6 µL mg-1的E/S比条件下，添加Bi2Te3的正极也可以表现出5.7 mAh cm-2的高面积容量和稳定的100次循环。这项工作证明了Bi2Te3催化硫氧化还原反应的能力，并可能激发对锂硫电池和其他电化学应用更多TI的探索。
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图2. Bi2Te3上硫物质的快速氧化还原动力学机制
Accelerating Sulfur Redox Reactions by Topological Insulator Bi2Te3 for High-Performance Li-S Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109413

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