Confined Reconstruction of Thiospinels Toward Stable Li–CO 2 Batteries

催化作用 材料科学 阴极 电催化剂 耐久性 电池(电) 密度泛函理论 硫黄 氧化态 过渡金属 化学工程 氧气 降级(电信) X射线光电子能谱 吸收(声学) 金属 电子结构 纳米技术 吸收光谱法 X射线吸收光谱法 氧烷 机制(生物学) 反应机理 电极 分子 光谱学
作者
Xinqian Yu,Xin Tao,Yongzheng Gao,M Wang,Yuehua Chen,Jingliang Yang,Yunpeng Qu,Xintao Ye,Zhixiang Liang,Xiaosi Qi,Guangmin Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (47): e74053-e74053 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.74053
摘要

ABSTRACT Oxidative reconstruction of thiospinel catalysts is well recognized as a common phenomenon in Li–CO 2 batteries, and the oxidation state of catalysts after reconstruction is known to be decisive for battery performance. However, the underlying mechanism of this correlation remains unclear, making it challenging to achieve a thiospinel catalysts that are active and invulnerable to restructuring in Li–CO 2 batteries. Here, the confined reconstruction of NiCo 2 S 4 during battery operation is achieved via a mild oxidation strategy and the mechanism for the improved durability is revealed. Operando X‐ray absorption spectroscopy (XAS) and density functional theory (DFT) calculations reveal that the oxygen substitution creates a mixed O/S coordination environment for metal atoms (Co and Ni) in NiCo 2 S 4 and larger metal‐sulfur bond energy. The resulting strong metal‐sulfur interaction can stabilize the sulfur atoms and thereby enhance the structural durability against the oxidative reconstruction. Thus, the mild oxidation affords NiCo 2 S 4 cathode possessing excellent catalytic activities (high discharge capacity of 6906.8 µA h cm −2 ) and activity retention for over 2000 h. The mild oxidation principles proposed here provide a generalizable strategy for the design of stable electrocatalyst materials.
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