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Electronic Metal‐Support Interactions in Atomically Dispersed Fe(III)‐VO2 Nanoribbons for High‐Performance Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 阴极 锂(药物) 电导率 催化作用 兴奋剂 化学物理 电子结构 吸附 化学工程 物理化学 计算化学 光电子学 化学 有机化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Yashuai Pang,Minsen Xie,Xinghao Lu,Zhao Wan,Zhuohang Zhong,Muhammad Waqas,Xiang Long Huan,Yinghua Niu,Zhen Zhang,Weiqiang Lv
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (2) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adfm.202308849
摘要

Abstract Lithium–sulfur (Li–S) batteries have attracted wide attention as high‐energy‐density energy storage devices, but their practical applications are hindered by the severe shuttle effect and sluggish kinetics of lithium polysulfides (LiPSs). To address these challenges, polar mediators are employed to chemisorb and catalyze LiPSs, but most of them suffer from low electronic conductivity and poor catalytic activity. Here, a novel strategy is reported to enhance both properties by dispersing Fe(III) atoms in VO 2 nanoribbons(Fe‐VO 2 ), creating electronic metal‐support interactions (EMSI) that modulate the electronic structure and charge transfer of VO 2 . Theoretical calculations reveal that EMSI lowers the energy barrier for the decomposition of Li 2 S from 1.60 to 1.32 eV and increases the electronic conductivity of VO 2 . Fe doping reduces the Li‐ions diffusion barrier from 1.42 eV in VO 2 to 0.99 eV in Fe‐VO 2 . The Fe‐VO 2 catalyst shows strong adsorption and fast converstion of LiPSs, resulting in high energy density and long cycling life of Li‐S batteries. The cathode with Fe‐VO 2 maintains a higher capacity retention of 67% after 500 cycles at 1 C, compared with 52.4% and 53.6% for the carbon black based cathode and VO 2 based cathode, respectively. This work demonstrates the potential of EMSI for designing efficient catalysts for Li–S batteries and provides new insights into the electronic structure engineering of polar mediators.

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