Enhancing Catalytic Activity of Titanium Oxide in Lithium–Sulfur Batteries by Band Engineering

材料科学 氧化钛 催化作用 表面工程 异质结 电化学 阳极 锂(药物) 氧化物 化学工程 纳米技术 电极 光电子学 冶金 化学 工程类 物理化学 内分泌学 医学 生物化学
作者
Yuankun Wang,Ruifang Zhang,Jie Chen,Hu Wu,Shiyao Lu,Ke Wang,Huanglong Li,Christopher Harris,Kai Xi,R. Vasant Kumar,Shujiang Ding
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (24) 被引量:408
标识
DOI:10.1002/aenm.201900953
摘要

Abstract The altering of electronic states of metal oxides offers a promising opportunity to realize high‐efficiency surface catalysis, which play a key role in regulating polysulfides (PS) redox in lithium–sulfur (Li–S) batteries. However, little effort has been devoted to understanding the relationship between the electronic state of metal oxides and a catalyst's properties in Li–S cells. Herein, defect‐rich heterojunction electrocatalysts composed of ultrathin TiO 2‐ x nanosheets and carbon nanotubes (CNTs) for Li–S batteries are reported. Theoretical simulations indicate that oxygen vacancies and heterojunction can enhance electronic conductivity and chemical adsorption. Spectroscopy and electrochemical techniques further indicate that the rich surface vacancies in TiO 2‐ x nanosheets result in highly activated trapping sites for LiPS and lower energy barriers for fast Li ion mobility. Meanwhile, the redistribution of electrons at the heterojunction interfaces realizes accelerated surface electron exchange. Coupled with a polyacrylate terpolymer (LA132) binder, the CNT@TiO 2‐ x –S electrodes exhibit a long cycle life of more than 300 cycles at 1 C and a high area capacity of 5.4 mAh cm −2 . This work offers a new perspective on understanding catalyst design in energy storage devices through band engineering.
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