The Role of Long‐Range Interactions Between High‐Entropy Single‐Atoms in Catalyzing Sulfur Conversion Reactions

材料科学 硫黄 催化作用 电化学 金属 Atom(片上系统) 动力学 吸附 化学物理 电池(电) 纳米技术 化学工程 无机化学 物理化学 热力学 电极 冶金 有机化学 化学 功率(物理) 物理 量子力学 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Yu Zhang,Tong Yu,Ru Xiao,Pei Tang,Ruopian Fang,Zhuangnan Li,Hui‐Ming Cheng,Zhenhua Sun,Feng Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202413653
摘要

Abstract Sulfur conversion reactions are the foundation of lithium–sulfur batteries but usually possess sluggish kinetics during practical battery operation. Herein, a high‐entropy single‐atom catalyst (HESAC) is synthesized for this process. In contrast to conventional dual‐atom catalysts that form metal–metal bonds, the center metal atoms in HESAC are not bonded but exhibit long‐range interactions at a sub‐nanometer distance (<9 Å). The synergistic effect between the long‐range interactions and entropy changes enables the regulation of d‐ and π‐ electron states. This alteration in the electronic structure improves the adsorption and electronic conductivity of intermediate polysulfides, thereby accelerating their conversion kinetics. Consequently, this leads to a significant enhancement in specific capacities by ≈40% at high rates compared to single‐atom catalysts. The resulting lithium–sulfur battery with HESAC demonstrates a remarkable areal capacity of 3.4 mAh cm −2 at 10 C. These findings provide valuable insights into the design principle of metal atom catalysts for electrochemical reactions.
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