Electrocatalytic Mechanism and Sabatier Principle in C2N-Supported Atomically Dispersed Catalysts for the Sulfur Reduction Reaction in Lithium–Sulfur Batteries

过电位 硫黄 催化作用 锂(药物) 化学 吸附 无机化学 反应机理 氧化还原 化学工程 材料科学 物理化学 电化学 有机化学 电极 工程类 内分泌学 医学
作者
Xingjia Chen,Haifeng Lv,Xiaojun Wu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:15 (12): 3425-3433 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.4c00474
摘要

The sluggish kinetics of the sulfur reduction reaction (SRR) impedes the practical application of lithium-sulfur batteries (LSBs). Electrocatalysts are necessary to expedite the conversion of polysulfides. Here, we systematically investigate the chemical mechanisms and size dependence of catalytic activities toward the SRR from Li2S4 to Li2S on single-, double-, and triple-atom catalysts supported on C2N (Mn@C2N, where M is a 3d transitional metal and n = 1-3) as model systems by using first-principles calculations and a comprehensive electrocatalytic model. Our results reveal that the adsorption strength of the LiS• intermediate is identified as an optimal descriptor for catalytic activity. M1@C2N exhibits superior stability and exceptional activity compared to those of the other two catalyst types. Cu1@C2N exhibits the lowest overpotential of 0.426 V. Li embedding or a prelithiation strategy verifies the therein Sabatier principle. This work emphasizes the precise control of the active site structure and microenvironment in catalytic SRR and offers guidance for the design of electrocatalysts for metal-sulfur batteries.
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