Counting d‐Orbital Vacancies of Transition‐Metal Catalysts for the Sulfur Reduction Reaction

催化作用 硫黄 过渡金属 空位缺陷 化学 纳米材料基催化剂 介孔材料 反应速率 反应速率常数 材料科学 无机化学 结晶学 有机化学 冶金 物理 量子力学 动力学
作者
Yafei Sun,Jingyi Wang,Tongxin Shang,Zejian Li,Kanghui Li,Xianwei Wang,Huarui Luo,Wei Lv,Lilong Jiang,Ying Wan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (46) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/anie.202306791
摘要

The electrocatalytic sulfur reduction reaction (SRR) would allow the production of renewable high-capacity rechargeable lithium-sulfur (Li-S) batteries using sustainable and nontoxic elemental sulfur as a cathode material, but its slow reaction rate causes a serious shuttle effect and dramatically reduces the capacity. We found that a catalyst composed of Pd nanoparticles supported by ordered mesoporous carbon (Pd/OMC) had a high reaction rate in the SRR, and a Li-S battery assembled with this catalyst had a low shuttle constant of 0.031 h-1 and a high-rate performance with a specific capacity of 1527 mAh g-1 at 0.1 C which is close to the theoretical value. The high activity of Pd/OMC with a d-orbital vacancy of 0.87 e was predicted from a volcano relationship between the d charge for the metal and the adsorption activation entropy and reaction rate for the SRR by examining Pd, Au, Pt, Rh, and Ru transition-metal nanocatalysts. The strategy of using a single electronic structure descriptor to design high-efficiency SRR catalysts has suggested a way to produce practical Li-S batteries.
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