Hafnium Diboride Spherical Superstructure Born of 5d‐Metal Hf‐MOF‐Induced p Orbital Activity of B Atom and Enhanced Kinetics of Sulfur Cathode Reaction

上部结构 材料科学 阴极 催化作用 多硫化物 化学工程 纳米颗粒 电解质 纳米技术 化学物理 无机化学 物理化学 电极 化学 有机化学 热力学 物理 工程类
作者
Bin Wang,Lu Wang,Yueyue Kong,Fengbo Wang,Zhongxin Jing,Xiaofan Yang,Yitai Qian,Ming Chen,Liqiang Xu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (22) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/aenm.202300590
摘要

Abstract Improving the intrinsic catalytic activity of electrocatalysts is considered to be the “gold standard” to inhibit the shuttle effect in Li–S batteries. The question of how to expose active sites for anchoring and catalytic conversion of the polysulfides represents the direction of this research. The assembly of 0D nanoparticles or 2D nanosheets into 3D spherical superstructure is one of the problems of materials synthesis. Here, a spherical superstructure hafnium diboride derived from metal‐organic framework (MOF) nanoparticles is synthesized by one‐step borification. Benefiting from its unique superstructure, the obtained HfB 2 exhibits excellent catalytic activity for the conversion of polysulfide. Theoretical calculations indicate that the strong spin–orbital coupling property of electron configuration of 5d Hf induces p orbitals of nonmetallic atoms closer to the Fermi level, thus endowing the anions with redox activity and unconventional superconductivity. These merits enable the HfB 2 ‐based sulfur cathode to deliver a high initial discharge capacity of 1433 mAh g −1 at 0.2 C and 580 mAh g −1 at 5 C. With sulfur loading of 12.8 mg cm −2 and electrolyte dosage of 4 µL mg −1 , the areal capacity can reach 15.5 mAh cm −2 . This work provides a new understanding for designing superstructure borides involving 5d metals in Li–S batteries.
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