Integrating Sub‐Nano Catalysts into Metal‐Organic Framework toward Pore‐Confined Polysulfides Conversion in Lithium‐Sulfur Batteries

硫黄 材料科学 催化作用 纳米孔 金属有机骨架 锂(药物) 介孔材料 氧化还原 电解质 电化学 化学工程 纳米技术 电极 化学 有机化学 吸附 物理化学 内分泌学 冶金 工程类 医学
作者
Qinghan Zeng,Liangliang Xu,Guanxing Li,Qi Zhang,Sijia Guo,Haibin Lu,Lin Xie,Junhua Yang,Jingqia Weng,Cheng Zheng,Shaoming Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (43) 被引量:80
标识
DOI:10.1002/adfm.202304619
摘要

Abstract Shuttle effect and sluggish redox kinetics of sulfur species still hinder the practical application of lithium‐sulfur batteries (LSBs). Herein, a strategy of integrating sub‐nano catalysts into metal‐organic framework (MOF) is proposed for developing efficient sulfur host to tackle these issues. The designed MOF host (MOF‐TOC) endowed with sub‐nano TiO clusters (TOCs) in the mesopores of MOF can act as an efficient reaction chamber in LSBs. Systematic electrochemical measurements and calculations demonstrate that MOF‐TOC can trap and confine lithium polysulfides (LiPSs) via strong chemical interaction. Moreover, the highly active TOCs isolated in different nanopores can accelerate the bidirectional redox reaction of sulfur species through the d‐p orbital hybridization with sulfur species. Benefiting from these merits, MOF‐TOC delivers LSBs with remarkably improved areal capacity and cycling stability at high sulfur loadings and lean electrolytes. This work gives insight into the rational design of catalyst‐containing MOF hosts and will shed light on the development of advanced catalytic hosts for high‐performance LSBs.
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