孙永明Nano Lett.: 莫特-肖特基电催化剂控制锂硫电池中S的氧化还原动力学

由于硫原料的天然丰富性和超高的内在能量密度，锂硫（Li-S）电池引起了巨大的学术和工业兴趣，然而在高硫负载和贫电解液条件下，存在着硫氧化还原反应迟缓的问题。将电催化剂引入硫正极是解决上述问题的有效办法，但目前很少有研究探索对Mott-Schottky（莫特-肖特基）异质结构的催化理解。

在此，华中科技大学孙永明教授等人报道了一种典型的Co@NC异质结构，由Co纳米颗粒和半导体N掺杂碳基体组成，这种结构被设计为Mott-Schottky催化剂模型以发挥其对硫电化学的电催化作用。

理论和实验结果揭示了电荷的重新分布和Co@NC异质界面处的内电场，这对于降低放电和充电过程中多硫化物还原和Li₂S氧化能垒至关重要。

图1. Co@NC异质结构的物理表征

在Co@NC Mott-Schottky催化剂作用下，Li-S电池在高S负载（10.73 mg cm^-2）和贫电解质(E/S=5.9 μL mg^-1)条件下显示出92.1% 的超高容量保持率和307.8 Wh kg^-1 的系统级重量能量密度。

这表明本研究所提出的莫特-肖特基异质结构不仅加深了对Li-S化学中电催化效应的理解，而且还启发了先进高能量密度电池的合理催化剂设计。

图2. 锂硫电池的电化学性能

Manipulating Redox Kinetics of Sulfur Species Using Mott-Schottky Electrocatalysts for Advanced Lithium-Sulfur Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02161

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孙永明Nano Lett.: 莫特-肖特基电催化剂控制锂硫电池中S的氧化还原动力学

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