Band Structure and Spin‐State‐Induced Electronic Configuration Regulation for Efficient Sulfur Redox Reaction

材料科学 氧化还原 电子结构 硫黄 自旋(空气动力学) 电子能带结构 自旋态 国家(计算机科学) 光化学 化学物理 纳米技术 原子物理学 凝聚态物理 计算机科学 物理 化学 热力学 冶金 算法
作者
Fei Zhou,Zhiqi Gong,Renheng Wang,Mengran Guo,Rong Zeng,Yun Li,Zhe Xiao,Long Qie,Jianwen Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (12) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adfm.202417730
摘要

Abstract Deciphering the relationship between electron configuration and catalytic activity is crucial for designing electrocatalysts that improve the efficient conversion of lithium polysulfides (LiPSs). In this study, amorphous ZnAl 2 O 4 (referred to as A‐ZnAl 2 O 4 ) is designed with a high oxygen vacancy concentration. Experimental and theoretical analysis confirm that the Zn tetrahedral sites are sufficiently exposed, and the catalytic activity is significantly enhanced due to a narrow bandgap and a high spin state achieved through low coordination numbers and a disordered structure. Both the enhancement in electron transfer efficiency and reduction in reaction energy barriers accelerate the multi‐phase transformation of LiPSs, resulting in impressive electrochemical performance with a capacity retention rate of 93.9% after 800 cycles at a high current density of 4 C. And the pouch battery with high sulfur loading of 4.5 mg cm −2 and lean electrolyte at 8 µL mg −1 exhibits high discharge capacity and stable cycling. This research deciphers the amorphization on modulating electronic structures to achieve enhanced electrocatalytic activity, providing a general strategy for designing unique atomic‐scale band structures and spin states in multifunctional electrocatalysts.
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