三维分级多孔金属有机框架纳米阵列促进锂硫电池中多硫化物的捕获与转化动力学

《Journal of Colloid and Interface Science》：Three-dimensional hierarchical porous metal-organic framework nanoarrays promote polysulfide trapping and conversion kinetics in lithium?sulfur battery

本文报道了一种在碳纳米管上垂直生长的镍-六氨基三亚苯基金属有机框架纳米阵列（Ni-HTP/CNTs）作为锂硫（Li–S）电池宿主催化剂。该独特三维分级多孔结构通过强电子相互作用优化了Ni-N4位点的d轨道能级，显著增强了多硫化物（LiPSs）的吸附与催化转化能力，并促进了Li2S的成核/分解动力学，使电池表现出高初始放电容量（1520 mAh g?1）和超长循环寿命（900次循环，每次循环容量衰减仅0.042%），为先进锂硫电池宿主材料设计提供了新思路。

　　

结果与讨论

Ni-HTP@CNTs通过简单的水热法制备。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像显示，平均直径约50纳米的Ni-HTP纳米棒均匀地生长在碳纳米管上，形成了三维分级多孔结构。这种独特的纳米结构有利于电解质渗透和电子/离子传输，同时暴露出更多用于多硫化物吸附和转化的活性位点。作为对比，在未添加碳纳米管的情况下，采用相同方法合成了Ni-HTP纳米棒。

结论

总之，我们开发了一种由碳纳米管支撑的镍基有机框架构成的三维分级多孔硫宿主电催化剂。实验和理论计算表明，Ni-HTP/CNTs对多硫化物具有高亲和力和快速催化转化能力，有效抑制了其穿梭效应，并促进了充放电过程中Li₂S的成核/分解动力学。这源于通过Ni-HTP与CNTs之间的强电子相互作用对原子分散的Ni-N₄位点电子结构的合理调控。