西南大学/悉尼科大/麻省理工Nat. Commun.：Fe3N/碳复合电催化剂有效调节钠硫电池多硫化物

室温钠硫电池的实际应用受到硫利用率低、倍率能力不足和循环性能差的阻碍。

西南大学徐茂文、悉尼科技大学汪国秀、麻省理工学院Yuming Chen等提出了一种基于N掺杂多层碳网络(NMCN)的高效Fe₃N催化剂，该催化剂能够为先进的Na-S电池实现多硫化钠（NaPSs）的强吸附和快速解离。

图1 Fe₃N-NMCN和S@Fe₃N-NMCN的表征

具有大比表面积和分级孔隙的N掺杂多层碳网络确保了高硫的实施。由于N掺杂的多孔结构和额外的化学吸附位点，N掺杂的基体还提供了必要的物理吸附。同时，多层碳网络很好地抑制了硫的团聚和体积膨胀。

除了上述优点外，这种结构最重要的优点是负载的Fe₃N量子点，它通过Na-N和Fe-S键对多硫化物表现出很强的亲和力。负载有Fe₃N量子点的工程化多层碳网络可有效抑制NaPSs的穿梭并促进其转化。

图2 NaPSs和Fe₃N-NMCN之间的相互作用

因此，所制备的正极即使在硫负载为85wt.%的情况下仍可提供高可逆容量（1165.9 mA h g⁻¹ at 167.5 mA g⁻¹）、优异的倍率性能（658.4 mA h g⁻¹ at 16750 mA g⁻¹）以及稳定的循环性能（2800次循环）。

最值得注意的是，该正极可以用作自支撑电极，Fe₃N-NMCN主体也可以扩展到其他多电子氧化还原材料。这项工作不仅阐明了提高性能的潜在机制，而且还提供了设计高性能Na-S电池的策略。除了在这项工作中确定的Fe₃N之外，作者预计可以探索许多其他氮化物作为 Na-S电池的催化剂材料。

图3 Na-S@Fe₃N-NMCN电池的电化学储能性能

A Fe3N/carbon composite electrocatalyst for effective polysulfides regulation in room-temperature Na-S batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26631-y.

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西南大学/悉尼科大/麻省理工Nat. Commun.：Fe3N/碳复合电催化剂有效调节钠硫电池多硫化物

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