A Zn8 Double‐Cavity Metallacalix[8]arene as Molecular Sieve to Realize Self‐Cleaning Intramolecular Tandem Transformation of Li−S Chemistry

串联 分子内力 催化作用 转化(遗传学) 分子筛 纳米技术 材料科学 化学 化学工程 高分子化学 高分子科学 立体化学 有机化学 复合材料 工程类 基因 生物化学
作者
Peng Wang,Tianyang Xu,Baojuan Xi,Jia Yuan,Ning Song,Di Sun,Shenglin Xiong
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (51) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/adma.202207689
摘要

Toward the well-explored lithium-sulfur (Li-S) catalytic chemistry, the slow adsorption-migration-conversion kinetics of lithium polysulfides on catalytic materials and Li2 S deposition-induced passivation of active sites limit the rapid and complete conversion of sulfur. Conceptively, molecular architectures can provide atom-precise models to understand the underlying active sites responsible for selective adsorption and conversion of LiPSs and Li2 S2 /Li2 S species. Here, an octanuclear Zn(II) (Zn8 ) cluster is presented, which features a metallacalix[8]arene with double cavities up and down the Zn8 ring. The central Zn8 ring and the specific double cavities with organic ligands of different electronegativity and bonding environments render active sites with variable steric hindrance and interaction toward the sulfur-borne species. An intramolecular tandem transformation mechanism is realized exclusively by Zn8 cluster, which promotes the self-cleaning of active sites and continuous electrochemical reaction. Notably, the external azo groups and internal Zn/O sites of Zn8 cluster in sequence stimulate the adsorption and conversion of long chain Li2 Sx (x ≥ 4) and short chain Li2 S/Li2 S2 , contributing to remarkable rate performance and cycling stability. This work pioneers the application of metallacalix[n]arene clusters with atom-precise structure in Li-S batteries, and the proposed mechanism advances the molecule-level understanding of Li-S catalytic chemistry.

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