Balanced Mass Transfer and Active Sites Density in Hierarchical Porous Catalytic Metal–Organic Framework for Enhancing Redox Reaction in Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Lin Xie,Yingbo Xiao,Qinghan Zeng,Yue Wang,Jian Weng,Haibin Lu,Jianhui Rong,Jiliang Yang,Cheng Zheng,Qi Zhang,Shaoming Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (20): 12820-12829
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c13087
摘要

Developing highly efficient catalysts, characterized by controllable pore architecture and effective utilization of active sites, is paramount in addressing the shuttle effect and sluggish redox kinetics of lithium polysulfides (LiPSs) in lithium-sulfur batteries (LSBs), which, however, remains a formidable challenge. In this study, a hierarchical porous catalytic metal-organic framework (HPC-MOF) with both appropriate porosity and abundant exposed catalytic sites is achieved through time-controlled precise pore engineering. It is revealed that the evolution of the porous structure and catalytic site density is time-dependent during the etching processes. The moderately etched HPC-MOF-M attains heterogeneous pores at various scales, where large apertures ensure fast mass transfer and micropores inherit high-density catalytic sites, enhancing utilization and catalytic kinetics at internal catalytic sites. Capitalizing on these advantages, LSB incorporating the HPC-MOF-M interlayer demonstrates a 164.6% improvement in discharge capability and an 83.3% lower decay rate over long-term cycling at 1.0C. Even under high sulfur loading of 7.1 mg cm
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