高熵氧化物与三维导电网络协同增强锂硫电池反应动力学研究

【编辑推荐】本研究通过自组装法合成N/P共掺杂多孔碳负载FeP纳米颗粒与Fe单原子催化剂（Fe-NPC-CNT），结合多壁碳纳米管（MWCNTs）构建三维导电网络，显著提升锂硫电池（LSBs）中多硫化锂（LiPSs）的催化转化效率，抑制穿梭效应，实现1186.8 mAh g-1的高放电容量及74.3%的高硫负载循环稳定性。

　　

Highlight

本研究通过自组装策略设计了一种氮磷共掺杂多孔碳（NPC）负载铁基催化剂的复合体系，精准调控Fe前驱体浓度实现FeP纳米颗粒与Fe单原子的协同共存，并引入多壁碳纳米管（MWCNTs）构建导电网络，显著提升锂硫电池（Li-S Batteries）的多硫化物转化动力学。

Results and discussion

Fe-NPC的合成过程如图1a所示：以三聚氰胺（氮源）和植酸（磷源）通过氢键自组装，均匀分散Fe前驱体后经冷冻干燥和900°C碳化获得目标材料。透射电镜（TEM）和X射线吸收谱（XAS）证实FeP纳米颗粒与Fe单原子均匀分布于分级多孔碳骨架中，MWCNT的引入进一步优化了电子/离子传输路径。电化学测试显示，S@0.05Fe-NPC-CNT电极在2.0 C倍率下保持179 mAh g^-1的容量，且高硫负载（3.3 mg cm^-2）下循环200次后容量保持率达74.3%。

Conclusion

该工作通过结构设计实现了FeP纳米颗粒、Fe单原子与MWCNT导电网络的协同整合，分级多孔结构为多硫化物转化提供了丰富活性界面，同时加速Li⁺传输，为高能量密度锂硫电池的开发提供了新思路。