A Tandem Electrocatalysis of Sulfur Reduction by Bimetal 2D MOFs

双金属 材料科学 法拉第效率 硫黄 电催化剂 氧化还原 串联 化学工程 金属有机骨架 催化作用 无机化学 电极 电化学 化学 物理化学 有机化学 冶金 复合材料 工程类 吸附
作者
Ruijin Meng,Qijun Du,Ning Zhong,Xing Zhou,Shuhu Liu,Shuang‐Feng Yin,Xiao Liang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (47) 被引量:144
标识
DOI:10.1002/aenm.202102819
摘要

Abstract The diversity and coupling of sulfur redox intermediates and its associated solid‐liquid‐solid multiphase conversion mechanism pose great challenges in designing a proper electrocatalysts for Li–S batteries. In this report, it is proposed that an ideal catalyst should possess two catalytic centers which catalyze liquid–liquid conversion and liquid–solid conversion in tandem within one structure, with the use of 2D MOF nanosheets with different metal centers for validation. It is uncovered that the Ni‐MOF is more effective in catalyzing the reduction of long‐chain polysulfides, while Co‐MOF benefits the Li 2 S deposition kinetics. Moreover, synergistic sulfur electrocatalytic activity for the integrated bimetal CoNi‐MOF is witnessed. It greatly decreases the reaction activation energies, accelerates the faradaic current density for both of the reaction regions, and effectively inhibits the shuttle effect. This is attributed to charge redistribution between Ni and Co via bridge O in the MOF structure. The S@CoNi‐MOF composite endows high reversible capacity (1450 mAh g −1 at 0.1 C), enhanced cycling stability (500 cycles at 1 C with a low‐capacity decay rate of 0.036% per cycle), and improved rate capability.
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