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2020-10-22
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員劉健團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授宋禮、悉尼科技大學(xué)副教授劉浩及教授汪國秀團隊合作，制備出N摻雜空心多孔碳負載Co單原子納米反應(yīng)器（CoSA-HC）。該反應(yīng)器作為鋰-硒電池正極，表現(xiàn)出較高的放電容量、較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，其庫侖效率接近100%，為金屬-硫族電池（MCB）電極的設(shè)計提供新思路。
劉健團隊長期致力于深入研究微/納米反應(yīng)器中的催化基礎(chǔ)理論，實現(xiàn)活性組分在納米反應(yīng)器中的精準定位。前期工作中，該團隊與大連化物所研究員吳忠?guī)泩F隊合作，發(fā)展出Fe1-xS納米顆粒負載的多孔碳球納米反應(yīng)器，作為鋰-硫電池正極基體，實現(xiàn)在0.5C的電流密度條件下，容量保持1070mAh/g循環(huán)200圈，而幾乎沒有衰減（Advanced Energy Materials 2020）。Se正極具有較好的電子導(dǎo)電性，與S正極的體積容量相當。然而，聚硒化物的穿梭效應(yīng)導(dǎo)致Se與Li的反應(yīng)活性低、容量衰減快，阻礙Li-Se電池的實際應(yīng)用。
該研究中，研究人員借助單原子催化劑獨特的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的原子利用效率及催化性能，通過使用PVP修飾的PS作為模板、調(diào)節(jié)雙金屬ZnCo-ZIFs前驅(qū)體中的Co和Zn含量，合成N摻雜空心多孔碳負載的Co單原子（CoSA-HC）納米反應(yīng)器。CoSA-HC納米反應(yīng)器中單原子Co位點可有效激活硒的反應(yīng)活性，固定硒和聚硒化物；中空結(jié)構(gòu)可提供更多的活性位點及更大的電極/電解液接觸面積，改善傳質(zhì)效果及抑制反應(yīng)過程帶來的體積膨脹。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上，研究工作得到中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等的資助。
大連化物所發(fā)展出中空碳球負載Co單原子催化劑用于Li-Se電池正極材料
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