Catalytic Nano‐Reactor Engineering of Metal Single‐Atom Site and Metal‐Free Chemical Group for Accelerating Sulfur Redox Electrocatalysis

催化作用 氧化还原 化学 硫黄 无机化学 电催化剂 吸附 金属 化学工程 化学反应 化学稳定性 分离器(采油) 过渡金属 催化循环 化学键 动力学 反应机理 化学动力学 活动站点 半反应 化学反应工程 化学改性
作者
Shengjie Wei,Xingxin Hu,Rongyan Yang,Baixiong Liu,Qi Kang,Xijun Wang,Yuxiang Hu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (51): e202517190-e202517190 被引量:9
标识
DOI:10.1002/anie.202517190
摘要

Abstract Precisely constructing atomic engineering of catalytic site and thus accelerating sulfur redox kinetics are meaningful but challenging for energy storage and conversion. Herein, the catalytic nano‐reactor engineering containing Fe‐N 4 catalytic site and the adjacent PO chemical group as synergistic catalytic site (Fe‐N 4 /CNPO) was first designed for Li‐S batteries with remarkably improved performance. The adjacent PO chemical group of Fe‐N 4 site in catalytic nano‐reactor simultaneously strengthened the adsorption of lithium polysulfides and facilitated the fracture of Li─S bonds by Li─O interaction, thus lowering the free energy change of potential‐determining step and accelerating sulfur redox kinetics, which was further verified via density functional theory calculation. The optimized Fe‐N 4 /CNPO modified separator exhibited much higher battery capacity of 1322.1 mAh g −1 at 0.2 C and enhanced long‐term stability (low capacity decay of 0.08% per cycle over 500 cycles at 1.0 C). This work demonstrated the enormous potentiality of catalytic nano‐reactor engineering containing metal single‐atom catalytic site and chemical group as synergistic catalytic site for accelerating sulfur redox in metal‐sulfur batteries.
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