Precise Synthesis of Fe-N2 Sites with High Activity and Stability for Long-Life Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 锂(药物) 锂硫电池 硫黄 化学工程 无机化学 电化学 化学 物理化学 电极 医学 工程类 内分泌学 冶金
作者
Yue Qiu,Lishuang Fan,Maoxu Wang,Xiaoju Yin,Xian Wu,Xun Sun,Da Tian,Bin Guan,Dongyan Tang,Naiqing Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 16105-16113 被引量:136
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c08056
摘要

Precisely tuning the coordination environment of the metal center and further maximizing the activity of transition metal–nitrogen carbon (M-NC) catalysts for high-performance lithium–sulfur batteries are greatly desired. Herein, we construct an Fe-NC material with uniform and stable Fe-N2 coordination structure. The theoretical and experimental results indicate that the unsaturated Fe-N2 center can act as a multifunctional site for anchoring lithium polysulfides (LiPSs), accelerating the redox conversion of LiPSs and reducing the reaction energy barrier of Li2S decomposition. Consequently, the batteries based on a porous carbon nitride supported Fe-N2 site (Fe-N2/CN) host exhibit excellent cycling performance with a capacity decay of 0.011% per cycle at 2 C after 2000 cycles. This work deepens the understanding of the relationship between electronic structure of M-NC sites and the catalysis effect for the conversion of LiPSs. This strategy also provides a potent guidance for the further application of M-NC materials in advanced lithium–sulfur batteries.
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