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張力/陳嘉嘉/郭向陽ACS Nano: 用于高負載鋰硫電池的輕質MOF電催化膜的缺陷工程

鋰硫 (Li-S) 電池以其高理論容量和重量能量密度而被認為是下一代電化學儲能系統的有希望的候選者，多硫化鋰中間體緩慢的動力學和穿梭效應是阻礙其實際應用的主要挑戰。

在此，廈門大學張力、陳嘉嘉以及中科院大連化物所郭向陽等人引入了一種缺陷工程策略來構建一種缺陷的-UiO-66-NH₂-4 /石墨烯電催化膜（D-UiO-66-NH₂ -4/G EM），該膜可以加速高硫負載和低電解液/硫 (E/S) 比Li-S電池中多硫化鋰的轉化。

MOF材料（UiO-66-NH₂）可以被定向化學雕刻以形成具有豐富缺陷的凹八面體。根據電催化動力學和DFT計算研究，D-UiO-66-NH₂-4結構通過強大的化學親和力有效地提供了充足的位點來捕獲多硫化物，提高了多硫化物轉化的電催化活性。

圖1. D-UiO-66-NH₂-4 EM合成及表征

因此，在貧電解液（E/S = 5 μL mg^-1）以及2.1 mA cm^-2 (0.1 C) 電流密度下，具有這種電催化膜的Li-S電池在硫負載高達12.2 mg·S cm^-2時可提供 12.3 mAh cm^-2 (1013 mAh g^-1) 的高容量。

此外，軟包鋰硫電池還表現出優異的循環穩定性，在100次循環后保持 996 mAh g^-1的容量。這項研究可以啟發基于框架的納米材料的設計，以適應未來各種電化學能量存儲和轉換系統的需求。

圖2. 基于該電催化膜的Li-S電池的電化學性能

Defects Engineering of Lightweight Metal-Organic Frameworks-Based Electrocatalytic Membrane for High-Loading Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05585

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