Accelerated Sulfur Redox Kinetics on Transition Metal Sulfide Electrocatalysts by Modulating Electronic‐State of Active Sites

材料科学 硫化物 硫黄 氧化还原 动力学 过渡金属 金属 无机化学 化学工程 光化学 催化作用 化学 冶金 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Xiaoting Wang,Siyu Liu,Juan Yang,Songjie He,Jieshan Qiu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (25) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/aenm.202400104
摘要

Abstract Lithium‐sulfur (Li‐S) batteries are considered a competitive next‐generation electrochemical energy storage device, while the shuttle effect of soluble lithium polysulfides (LiPSs) resulting from the sluggish redox kinetics severely impedes their practical applications. Herein, a novel cation doping strategy is demonstrated for substantially accelerating the sulfur redox kinetics on the transition metal sulfide (TMS) electrocatalysts by partially substituting cobalt atoms with in situ dissolved Ni dopants (Ni x Co 3‐x S 4 , 0<x≤1). Theoretical calculations revealed that the doping of Ni in the spinel Co 3 S 4 phase enables the electronic‐state modulation of metal active sites by realizing the upshift of the d‐orbital center, thus leading to good chemical adsorption of intermediates and low redox conversion barriers between LiPSs and solid Li 2 S products. This is confirmed by in‐depth electrochemical dynamics and in situ Raman characterizations, in which the obtained Ni 0.5 Co 2.5 S 4 with hierarchical nanosheet structure delivers the stronger chemical affinity of Li 2 S 6 and higher precipitation/dissociation capacity of Li 2 S in comparison to monometallic cobalt sulfides. Benefiting from these outstanding attributes, the assembled Li‐S batteries by incorporating Ni 0.5 Co 2.5 S 4 electrocatalysts into S@carbon nanotube cathode (S@Ni 0.5 Co 2.5 S 4 /CNT) exhibit a high specific capacity of 1189 mAh g −1 with excellent rate performance of 596 mAh g −1 at 5 C and long‐term cycling performance over 600 cycles with a capacity decay of 0.06% per cycle at 1 C. More importantly, an ultrahigh reversible areal capacity of 6.6 mAh cm −2 can be achieved for S@Ni 0.5 Co 2.5 S 4 /CNT cathode even with a high sulfur loading of 6.1 mg cm −2 . This work demonstrates a new insight into designing TMS electrocatalysts toward rapid redox conversion kinetics in Li‐S batteries.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
情红锐完成签到,获得积分10
1秒前
Yang完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
3秒前
SJK发布了新的文献求助10
6秒前
郭元强完成签到,获得积分10
6秒前
8秒前
jiuji完成签到 ,获得积分20
8秒前
8秒前
李健的粉丝团团长应助YU采纳,获得10
9秒前
10秒前
11秒前
上官若男应助简单的鲜花采纳,获得10
11秒前
简单面包完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
我不是搞临床的吗关注了科研通微信公众号
12秒前
嘻嘻发布了新的文献求助10
13秒前
图图完成签到,获得积分20
13秒前
wsy发布了新的文献求助10
14秒前
浮游应助wangruiyang采纳,获得10
14秒前
14秒前
酷波er应助雪糕采纳,获得20
15秒前
科目三应助Pepsi采纳,获得10
16秒前
储物间完成签到,获得积分10
16秒前
Hello应助黑水仙采纳,获得10
16秒前
科研通AI2S应助微眠采纳,获得10
17秒前
Lili完成签到,获得积分10
17秒前
已知中的未知完成签到 ,获得积分10
18秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
18秒前
19秒前
烟花应助孤独天奇采纳,获得10
19秒前
奥德彪拉香蕉完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
酷波er应助瓜瓜采纳,获得20
22秒前
24秒前
雪莉完成签到 ,获得积分10
24秒前
24秒前
深情安青应助图图采纳,获得10
26秒前
wsy完成签到,获得积分10
27秒前
27秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Zeolites: From Fundamentals to Emerging Applications 1500
Architectural Corrosion and Critical Infrastructure 1000
Early Devonian echinoderms from Victoria (Rhombifera, Blastoidea and Ophiocistioidea) 1000
2026国自然单细胞多组学大红书申报宝典 800
Research Handbook on Corporate Governance in China 800
Elgar Concise Encyclopedia of Polar Law 520
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4906930
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4184232
关于积分的说明 12993216
捐赠科研通 3950519
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2166565
邀请新用户注册赠送积分活动 1185122
关于科研通互助平台的介绍 1091450