Size Effect and Interfacial Synergy Enhancement of 2D Ultrathin CoxZn1−x‐MOF/rGO for Boosting Lithium–Sulfur Battery Performance

双金属片 多硫化物 材料科学 硫黄 化学工程 催化作用 石墨烯 吸附 锂硫电池 电导率 氧化还原 纳米技术 电极 电化学 化学 电解质 冶金 物理化学 工程类 生物化学 金属
作者
Yutao Dong,Ziqian Jin,Huaiqi Peng,Meili Wang,Shiyu Ma,Xin Li,Yunlai Ren,Lixia Xie,Jian‐Min Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (11): e2412186-e2412186 被引量:21
标识
DOI:10.1002/smll.202412186
摘要

Advanced cathode materials are developed to tackle the challenges of the polysulfide shuttle effect and slow sulfur redox kinetics in Li-S batteries. A particularly effective strategy is the creation of nanostructured sulfur-host, which boast high levels of conductivity and catalytic activity. Here, a series of ultrathin cobalt-zinc bimetallic MOFs with varying ratios are synthesized on rGO via a one-pot hydrothermal process. Furthermore, graphene's high specific surface area enhances electrical conductivity and structural integrity, thereby promoting the growth of 2D MOFs and synergistically optimizing sulfur contact and conversion kinetics. The CoxZn1-x-MOF/rGO has a disordered structure, resulting from the fine-tuned ratio of cobalt to zinc in the bimetallic centers, generates active sites and modulates the electronic properties, thereby enhancing LiPSs adsorption and catalysis serve as sulfur hosts. Among the composites, the Co0.75Zn0.25-MOF/rGO demonstrated exceptional LiPSs adsorption and catalytic activity, resulting in a high capacity of 649.69 mA h g-1 after the 250th cycle with an E/S ratio of 12.56 µL mg-1 at 0.2 C. This work deepens the insights into the controlled design of defective MOFs, modulating their structure-activity correlations, and is expected to facilitate the integration of ultrathin defective MOFs with carbonaceous composites, thereby advancing the development of Li-S batteries.
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