在鋰硫電池隔膜上引入催化劑，加速多硫化物氧化還原反應，是緩解“穿梭效應”的有效手段之一。催化劑的催化活性與其電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，引入表面缺陷是調(diào)控無機催化劑電子結(jié)構(gòu)的重要手段。然而，目前在鋰硫電池中關(guān)于電子結(jié)構(gòu)-催化活性的作用機制尚不明確。
基于此，煙臺大學材料電化學過程與技術(shù)崔洪濤教授團隊借助-OH官能團的作用，采用氫刻蝕法成功制備了具有豐富氧空位的四方相ZrO2?x/CNTs-OH。通過電化學實驗輔助第一性原理計算發(fā)現(xiàn)，氧空位和納米結(jié)構(gòu)可以有效的調(diào)控復合材料的電子結(jié)構(gòu)，提高材料導電性，實現(xiàn)對多硫化物氧化還原反應的催化作用。同時，四方相ZrO2?x有助于鋰離子在電極表面的快速傳輸，CNTs-OH和ZrO2?x之間復合有利于電子在界面處的快速轉(zhuǎn)移。因此，該復合材料改性隔膜時，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。這種催化策略，不僅可以應用于鋰硫電池體系，也可應用于其他電池體系和超級電容器中。
該工作以“Tuning the crystalline and electronic structure of ZrO2via oxygen vacancies and nano-structuring for polysulfides conversion in lithium-sulfur batteries”為題發(fā)表在能源領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Journal of Energy Chemistry》上。第一作者為煙臺大學碩士研究生傅勝男，通訊作者為王美日教授。
近期，該團隊在鋰硫電池負極保護及正極基體構(gòu)筑方面均取得新進展，相關(guān)成果分別發(fā)表在納米材料領(lǐng)域頂級期刊《Small》和能源領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Journal of Energy Chemistry》上，王美日教授為通訊作者，煙臺大學為唯一通訊單位，相關(guān)工作獲得了山東省自然科學基金的資助。
論文鏈接：
1.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.09.003
2.https://doi.org/10.1002/smll.202207924
3.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.10.012
來稿時間：10月11日 審核：劉希斌 責任編輯：徐揚
