铜镍硫化物分离的主要方法（NC多面体调节多硫化物吸附与催化转化过程）
铜镍硫化物分离的主要方法（NC多面体调节多硫化物吸附与催化转化过程）对于锂硫电池多电子以及多相转变的复杂反应电化学过程的体系，现有的报道对电催化加速氧化还原动力学的机理仍然比较模糊，但提高电催化剂的本征催化活性是设计高比能锂硫电池的重要手段。随着研究深入对锂硫电池中电催化剂的设计也提出了成本更低、用量更少、催化活性更高的要求。锂硫电池具有高的理论比容量(1675 mAh g-1)、低成本和环境友好等优点被认为是最具前景的储能体系之一。然而正极硫还原和氧化反应（SRRs/SORs）动力学缓慢、中间产物多硫化物的穿梭效应等问题抑制了锂硫电池的进一步应用。现阶段对此问题的有效缓解方式不在局限于引入物理吸附作用的功能性多孔碳材料以及化学吸附强的极性材料，而通过电催化剂加速多硫化物的转化动力学是当下最为有效的调控方式之一。通讯作者：徐立强*单位：山东大学【研究背景】
徐立强教授，AM：Co0.9Zn0.1Te2@NC多面体调节多硫化物吸附与催化转化过程
【文章信息】
锌诱导二碲化钴多面体产生晶格应变提升催化活性用于高比能锂硫电池
第一作者：王斌
通讯作者：徐立强*
单位：山东大学
【研究背景】
锂硫电池具有高的理论比容量(1675 mAh g-1)、低成本和环境友好等优点被认为是最具前景的储能体系之一。然而正极硫还原和氧化反应（SRRs/SORs）动力学缓慢、中间产物多硫化物的穿梭效应等问题抑制了锂硫电池的进一步应用。现阶段对此问题的有效缓解方式不在局限于引入物理吸附作用的功能性多孔碳材料以及化学吸附强的极性材料，而通过电催化剂加速多硫化物的转化动力学是当下最为有效的调控方式之一。
对于锂硫电池多电子以及多相转变的复杂反应电化学过程的体系，现有的报道对电催化加速氧化还原动力学的机理仍然比较模糊，但提高电催化剂的本征催化活性是设计高比能锂硫电池的重要手段。随着研究深入对锂硫电池中电催化剂的设计也提出了成本更低、用量更少、催化活性更高的要求。
【文章简介】
近日，来自山东大学的徐立强教授，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Zinc-assisted Cobalt-ditelluride Polyhedra Inducing Lattice Strain to Endow Efficient Adsorption-catalysis for High-energy Lithium-sulfur Batteries”的文章。该文章设计了新型Co0.9Zn0.1Te2@NC多面体电催化剂，通过调节和平衡多硫化物转化过程中的吸附以及解吸附过程，在仅需4%添加量时，可以在高硫面载量及贫电解液的工作条件下取得优异的性能。
图1. Co0.9Zn0.1Te2@NC多面体电催化剂制备流程图
【本文要点】
要点一：精准制备不同比例的Zn/CoTe2@NC多面体电催化剂
为探究Zn的不同掺杂量对电催化剂本征催化性质的影响，我们同时制备了CoTe2@NC，Co0.9Zn0.1Te2@NC和Co0.8Zn0.2Te2@NC三种电催化剂。通过电感耦合等离子质谱仪（ICP）元素分析及统计分析的非参数检验方法验证了不同批次的样品高度可重复性，表明我们可通过元素比例调控实现对电催化剂的精准调控。
图2. Kruskal-Wallis参数检验
要点二：少量Zn的掺入可引起CoTe2@NC晶格应变
当引入少量过渡金属Zn原子(x=0.1)时，XRD谱图中除了主峰向低角度方向小幅偏移外，未观察到其他物相的产生(图2c)，通过XRD结构精修也验证了其晶胞参数的增大，表明Zn的掺杂引起了CoTe2的晶格畸变。而当Zn的加入量增加(x=0.2)时，CoTe2晶体结构中增加的Zn原子与Co原子难以共存，而形成新的立方相的ZnTe(图2b)。
图2. Co0.9Zn0.1Te2@NC的结构及形貌表征
要点三：催化活性的电化学验证
我们通过对称电池、CV曲线测试、阻抗谱测试以及塔菲尔斜率的测试，指出了Co0.9Zn0.1Te2@NC具有最高的催化活性。Co0.9Zn0.1Te2@NC在吸附Li2S6后，Co2p峰向低结合能方向偏移，是典型的Lewis酸碱的相互作用。此外，SOx峰强度的增加也从侧面证明了S62-的氧化程度增强，对应于Co3 的减少，说明Co0.9Zn0.1Te2@NC在Li2S6上存在较强的相互作用。
图3.催化活性的电化学验证
要点四：硫化锂沉积机理验证
我们通过考察不同电催化剂对硫化锂的沉积能力，进一步探索不同硫还原反应动力学差异。根据法拉第定律，分别计算了加入电催化剂后硫化锂的沉积容量。计算得到Co0.9Zn0.1Te2@NC的沉积容量为509 mAh g-1，大于CoTe2@NC和Co0.8Zn0.2Te2@NC，说明Co0.9Zn0.1Te2@NC的加入不仅有效地加速了多硫化物的转化，而且有助于硫化锂的快速沉积。根据成核模型，硫化锂在Co0.9Zn0.1Te2@NC中的成核方式呈现3DP模式，说明其成核不受晶面影响，更容易成核生长。
除了硫化锂沉积过程外，溶解速率也尤为重要，充电过程中硫化锂的快速氧化溶解可以避免低活性硫化锂的积累和电催化剂活性位点的堵塞。图4i则直观的表明含有Co0.9Zn0.1Te2@NCC的碳纤维纸表面非常光滑，硫化锂完全溶解，表明Co0.9Zn0.1Te2@NC电催化剂优异的双向氧化还原特性。
图4. 硫化锂沉积曲线及机理分析
要点五：商用化验证
在高载量和贫液条件下的扣式电池展现出优异的性能，同时我们将其放置在商用灯具中，其可以稳定工作数小时。在软包电池条件下，可以驱动小风扇进行工作，并在弯折下也能进行工作，表现出良好的柔韧性，具有优异的商用化价值。
图5. 点亮商用灯，驱动小风扇工作
总结
Co0.9Zn0.1Te2与碳氮原位络合通过调节金属原子的d带中心，增加的反键轨道调节了电子结构，在一定程度上提高了多硫化物的解吸能力，从而丰富了催化剂的有效活性中心。晶格应变产生的增强催化作用降低了氧化还原反应的能量势垒，促进了多硫化物的S-S桥键和硫化锂的S-Li键的断裂，并增强了氧化还原动力学过程。这项工作不仅通过晶格应变工程改善了材料的催化性能，还研究了催化与电池性能之间的关系，为理解锂硫电池中多硫化物转化的吸附与解吸附的平衡提供了新的见解。
【文章链接】
Zinc-assisted Cobalt-ditelluride Polyhedra Inducing Lattice Strain to Endow Efficient Adsorption-catalysis for High-energy Lithium-sulfur Batteries Advanced Materials 2022 DOI: 10.1002/adma.202204403.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202204403
【通讯作者简介】
徐立强教授简介：山东大学化学与化工学院教授、博士生导师。近年来一直致力于新型高性能碱金属二次电池、锂硫二次电池正负极电极材料及新型电催化相关材料的新颖制备方法探索、结构与性能调控及其实际应用等;相关研究属无机合成与制备化学、纳米材料、电化学 晶体结构与性能及器件等交叉学科的前沿研究领域。
在上述相关研究领域目前已在Chemical Society Reviews. Angew. Chem. Int. Ed. Adv. Mater. ACS Nano，Energy Storage Materials Nano Today ACS Energy Lett Chem. Mater.，Nano Research J. Mater. Chem. A. Small 等发表SCI收录论文100余篇并获邀撰写综述论文及封面论文多篇，相关论文已被他引6500余次；获授权国家发明专利16项；2020年获山东省自然科学贰等奖1项（第一完成人）。
