金属有机框架衍生的空心碳纳米笼的结构调控与锂硫电池性能研究
Structural Regulation of Metal Organic Framework-derived Hollow Carbon Nanocages and Their Lithium-Sulfur Battery Performance作者机构：南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室南京210023
出 版 物：《化学学报》 (Acta Chimica Sinica)
年 卷 期：2022年第80卷第7期
页 面：896-902页
核心收录：
学科分类：081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学]
基 金：国家自然科学基金(Nos.21832003,21972061) 国家重点研发计划(No.2021YFA1500900) 江苏省前沿引领技术基础研究专项(No.BK20212005)资助。
主 题：锂硫电池 正极材料 金属有机框架衍生碳纳米笼 电催化 限域效应
摘 要：锂硫电池因其高理论比容量、低成本与环境友好等优点吸引了广泛的研究兴趣, 但实际应用仍受硫的利用率偏低、穿梭与极化效应严重等问题的制约. 本研究以金属有机框架材料为前体, 通过单宁酸蚀刻ZIF8、ZIF67和ZIF8@ZIF67@ZIF8颗粒产生空心内腔, 再经热解与碳化处理制得了粒径相近、笼壁组成与结构不同的三种空心碳纳米笼. 填充硫后用作锂硫电池的正极材料, ZIF8@ZIF67@ZIF8衍生的碳纳米笼展现出最优的性能, 在0.1 C时放电比容量达到1010 mAh•g^(-1), 在1 C时仍可保留664 mAh•g^(-1);在0.5 C下循环300圈后仍可保留492 mAh•g^(-1), 显著优于ZIF8与ZIF67衍生的碳纳米笼对比样. 前者优异的性能源于其特殊的笼壁结构与组成: 前体中Co的存在可提高其导电性, Zn物种的蒸发带来大的比表面积和丰富的微孔/介孔, 有利于硫的填充以及Co物种与活性硫物种的接触及催化转化, 从而有效地抑制穿梭与极化效应, 提高正极中硫的利用率, 表现出更优的锂硫电池性能.
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