Isolated Single-Atom Ni–N5 Catalytic Site in Hollow Porous Carbon Capsules for Efficient Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Shaolong Zhang,Xin Ao,Jing Huang,Bin Wei,Yanliang Zhai,Dong Zhai,Wei Deng,Chenliang Su,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (22): 9691-9698 被引量:243
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c03499
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries suffer from multiple complex and often interwoven issues, such as the low electronic conductivity of sulfur and Li2S/Li2S2, shuttle effect, and sluggish electrochemical kinetics of lithium polysulfides (LiPSs). Guided by theoretical calculations, a multifunctional catalyst of isolated single-atom nickel in an optimal Ni-N5 active moiety incorporated in hollow nitrogen-doped porous carbon (Ni-N5/HNPC) is constructed and acts as an ideal host for a sulfur cathode. The host improved electrical conductivity, enhanced physical-chemical dual restricting capability toward LiPSs, and, more importantly, boosted the redox reaction kinetics by the Ni-N5 active moiety. Therefore, the Ni-N5/HNPC/S cathode exhibits superior rate performance, long-term cycling stability, and good areal capacity at high sulfur loading. This work highlights the important role of the coordination number of active centers in single-atom catalysts and provides a strategy to design a hollow nanoarchitecture with single-atom active sites for high-performance Li-S batteries.
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