具有稳定Zr6簇节点的偶氮桥金属-有机框架：一种用于抑制锂硫电池中多硫化物穿梭效应的双功能设计

《Journal of the American Chemical Society》：Azo-Bridged Metal–Organic Frameworks with Robust Zr6-Cluster Nodes: A Dual-Functional Design for Suppressing Polysulfide Shuttling in Lithium–Sulfur Batteries

锂硫电池因高理论能量密度和环保优势备受关注，但多硫化合物 shuttling 效应和硫阴极动力学缓慢阻碍其应用。本研究设计3D Zr-MTAC材料（含偶氮配体和Zr-oxo簇），作为阴极宿主材料，通过DFT计算和实验证实偶氮基团高效吸附多硫化合物并构建电子传输通道，协同Zr-oxo簇催化多硫化合物转化，提升电池循环稳定性（700次后容量保持）和速率性能。

　　

锂硫（Li-S）电池因其超高的理论能量密度、低成本和环保特性而被视为下一代储能设备的有希望的候选者。然而，其实际应用受到中间多硫化物穿梭效应以及硫正极缓慢的氧化还原动力学的影响。在此，我们通过将偶氮官能团与路易斯酸性的锆（Zr）氧簇（即Zr-MTAC）结合，设计并合成了一种三维金属有机框架（MOF），并将其用作高性能锂硫电池的正极宿主材料。系统的实验分析和密度泛函理论计算证实，引入的偶氮基团对多硫化物具有高效的化学吸附能力，并可作为电子传输通道，加速硫正极的氧化还原动力学。得益于偶氮基团和Zr-氧簇的协同作用，Zr-MTAC促进了多硫化物的催化转化，提高了锂硫电池的硫利用率和循环性能。因此，基于Zr-MTAC的复合硫正极表现出优异的循环可逆性、卓越的循环稳定性（1000次循环后剩余容量约为700 mAh g^–1）以及改进的倍率性能。这项工作突显了偶氮官能化MOF材料在开发储能设备方面的巨大潜力，为高性能锂硫电池提供了一种实用且可行的解决方案。