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Regulating Electronic Structure and Confinement‐Induced Site Densification in Defective MOF for Boosted Polysulfide Catalysis in Lithium–Sulfur Batteries

多硫化物 催化作用 材料科学 硫黄 化学工程 阴极 淡出 氧化还原 电池(电) 纳米技术 电子结构 化学 合理设计 催化循环 储能 动力学 位阻效应 无机化学 金属 反应机理 电子效应
作者
Liyuan Qian,Zhiqian Lin,Mustafa Khan,Yun Wang,Wei You,Haibin Lin,Ruo Zhao,Xiaofei Wang,Jinlong Zhu,Songbai Han
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:10 (4): e02136-e02136 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smtd.202502136
摘要

ABSTRACT Lithium–sulfur batteries are poised as next‐generation energy storage systems but remain constrained by sluggish redox kinetics and severe polysulfide shuttling. The liquid–solid Li 2 S 4 ‐to‐Li 2 S conversion governs the reaction rate, underscoring the importance of electrocatalysts in accelerating polysulfide conversion. Here, we report a defective ZIF‐67 catalyst, designed through controlled ligand removal, to simultaneously regulate the electronic structure and induce confinement‐driven active site densification. The partial removal of ligands exposed unsaturated Co sites, forming “enzyme‐like catalytic pockets” to immobilize polysulfides. The remaining ligands surrounding the metal centers tuned the local electronic environment, optimizing intermediate stabilization and catalytic activity. This synergistic regulation enhanced polysulfide adsorption, reduced steric hindrance, and accelerated the critical Li 2 S deposition/dissolution processes. Consequently, the sulfur cathode incorporating defective ZIF‐67 exhibited improved cycling stability, delivering a capacity fade rate of 0.11 % per cycle over 200 cycles at 5 C, and maintaining a fade rate of 0.075 % per cycle over 150 cycles at 1 C with a sulfur loading of 4 mg cm −2 . Our findings highlight the pivotal role of defect engineering in tailoring both site density and electronic structure within MOFs, offering a rational strategy for boosting polysulfide catalysis and advancing the practical application of lithium–sulfur batteries.
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