Polyoxometalate Induced Bismuth Sulfide Sub‐1 nm Nanowires as Efficient Photocathodes in Li‐CO 2 Batteries

过电位 材料科学 多金属氧酸盐 纳米线 催化作用 阴极 硫化物 密度泛函理论 纳米技术 电池(电) 氧化物 吸附 化学工程 储能 光电子学 无机化学 吸收(声学) 分解水 过渡金属 金属 硫化镉
作者
Guobao Yuan,Peishan Qin,Ziang Shang,Wenxing Chen,Zhiyi Sun,Junli Liu,Zhang Ye,Xun Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202514807
摘要

ABSTRACT The 1D sub‐1 nm nanowires (SNWs) usually possess a highly promising avenue in catalysis and energy storage fields owing to their high aspect ratios facilitating charge transport, and near 100% surface atomic exposure offering abundant active sites. However, current research is mainly focused on metal oxide SNWs, whereas the synthesis of sulfide SNWs has been rarely reported. Herein, a new kind of Bi 2 S 3 ‐phosphomolybdic acid (Bi 2 S 3 ‐PMA) SNWs induced by polyoxometalate clusters has been successfully prepared. Molecular dynamics simulation demonstrates that PMA and Bi 2 S 3 co‐assemble into stable 1D SNWs via non‐covalent interactions. Benefiting from the unique sub‐1 nm structure and the synergetic effects of Bi 2 S 3 and PMA, the SNWs exhibit enhanced light absorption ability, well‐matched energy band structure, and efficient separation/transfer capability of photo‐generated carriers. As the cathode catalyst in light‐assisted Li‐CO 2 batteries (LCBs), the Bi 2 S 3 ‐PMA‐based LCBs deliver a low overpotential of 0.22 V, superior cycling stability for 300 h at 0.01 mA cm −2 and 150 h at 0.05 mA cm −2 . Meanwhile, the battery also realizes an exceptionally long‐term lifetime of 4000 h under no light. Density functional theory calculations disclose that the presence of electron‐rich PMA promotes the adsorption of LiCO 2 and Li 2 CO 3 on SNWs, which further boosts battery efficiency.

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