Sulfur‐Modified Amorphous Noble‐Metal‐Free High‐Entropy Alloy Ultra‐Thin Nanosheets for Low‐Overpotential and Long‐Lifespan Li‐O 2 Batteries

材料科学 电负性 过电位 催化作用 无定形固体 离域电子 空位缺陷 金属 化学物理 合金 化学工程 电子结构 吸附 非晶态金属 纳米技术 氧化还原 协调数 扩散 晶体结构 Crystal(编程语言) 活化能 原子单位 原子扩散 浸出(土壤学) 无机化学 原子半径
作者
Lei Li,Minghao Hua,Jiafeng Li,Yun Hua Guo,Yingjian Nie,Luyuan Zhang,Zhiwei Zhang,Chengxiang Wang,Xiaohang Lin,Xiaobin Hui,Peng Wang,Longwei Yin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (16): e72512-e72512
标识
DOI:10.1002/adma.72512
摘要

While noble-metal-free high-entropy alloys (NHEA) represent promising low-cost catalysts for Li-O2 batteries, their catalytic capability is limited by the low metal-site utilization and unfavorable electronic structure inherent in conventional configurations. Herein, we report a novel design for a CuFeCoNiMn-NHEA catalyst, characterized by its entirely amorphous structure and the Metal─S bonds (especially Ni─S) introduced by S-doping. The successful synthesis of this catalyst relies on a rapid low-temperature strategy, where the 5°C reaction temperature limits atomic diffusion and long-range ordering, while the sub-1-min duration kinetically traps the atoms in a disordered state. Within this architecture, the ultra-thin 2D morphology, disordered atomic arrangement, and unsaturated atomic coordination offer abundant active sites by eliminating constraints from crystal planes and boundaries; simultaneously, the Metal─S bonds significantly optimize the electronic structure. The electronegativity gradient between metal and S induces electron delocalization at metal sites, which lowers the d-band center and optimizes the adsorption energy of *LiO2 intermediates, thereby accelerating the redox kinetics. Meanwhile, strengthened Metal─S coordination elevates metal vacancy formation energies by 1-3 times, which suppresses atomic leaching to improve structural stability. Therefore, our unique catalyst achieves a low overpotential (0.48 V), and an exceptional lifespan (452 cycles), significantly outperforming most reported noble-metal-free catalysts.
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