Selective Adsorption-Catalysis Sites of Lithium Polysulfides Induced by the Competition between Spin Polarization and Electronegativity in High-Entropy Alloy Electrocatalysts

电负性 催化作用 吸附 材料科学 合金 熵(时间箭头) 化学物理 极化(电化学) 纳米技术 无机化学 化学工程 化学 物理化学 热力学 物理 冶金 有机化学 工程类
作者
Boyu Li,Huan Wang,Yanlei Shen,Ziyao Zhang,Yuping Xiong,Mengting Wang,Weitao Li,Weitao Zhou,Jianxin He
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (12): 12021-12032 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c17661
摘要

High-entropy alloy (HEA) electrocatalysts have attracted increasing attention for improving sulfur reaction kinetics and anchoring lithium polysulfides (LiPSs) in lithium-sulfur batteries (LSBs). However, fundamentally understanding the relationship between the components of HEAs and the adsorption catalysis of LiPSs remains a challenge. Here, FeCoNiMnRu HEAs are employed as a model to first disclose the selective adsorption-catalysis effect of LiPSs, induced by the competition between spin polarization and electronegativity of Ni−Co−Ru sites in HEAs. By correlating the electron structure, we find that the high-electronegativity Ru sites induce electron transfer from Co sites, generating local electron delocalization, while the Ni sites adopt a high-spin state. Specifically, high-spin Ni sites with stronger Ni−S covalency can sustainably anchor LiPSs, while electron-delocalized Co−Ru sites function better in LiPS conversion. Consequently, benefiting from the selective adsorption-catalysis effect of Ni−Co−Ru sites, LSBs with FeCoNiMnRu/CNF interlayers deliver exceptional cycling performance (0.06% per cycle over 500 cycles at 1 C, and an outstanding areal capacity of 11.2 mAh cm−2 at 0.1 C). This work offers key insights for extending HEAs electrocatalysts to enable high-performance LSBs.
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