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2020-10-15
近日，大連化物所微納米反應(yīng)器與反應(yīng)工程學(xué)研究組（05T7組）劉健研究員團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)宋禮教授、悉尼科技大學(xué)劉浩副教授、汪國秀教授團(tuán)隊(duì)合作，制備了N摻雜空心多孔碳負(fù)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)出了較高的放電容量、優(yōu)越的倍率性能和極佳的循環(huán)穩(wěn)定性，其庫侖效率接近100%，為金屬—硫族電池（MCB）電極設(shè)計(jì)提供了新思路。
劉健團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)活性組分在納米反應(yīng)器中的精準(zhǔn)定位。前期工作中，該團(tuán)隊(duì)與吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展了Fe1-xS納米顆粒負(fù)載的多孔碳球納米反應(yīng)器，作為鋰—硫電池正極基體，實(shí)現(xiàn)了在0.5C的電流密度條件下，容量保持1070mAh/g循環(huán)200圈幾乎沒有衰減（Adv. Energy Mater., 2020）。Se正極具有優(yōu)異的電子導(dǎo)電性，與S正極的體積容量相當(dāng)。然而，由于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，阻礙了Li-Se電池的實(shí)際應(yīng)用。
本工作中，科研人員借助單原子催化劑獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、最高的原子利用效率和優(yōu)異的催化性能，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，成功合成了N摻雜空心多孔碳負(fù)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(diǎn)可以有效激活硒的反應(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(diǎn)及更大的電極/電解液接觸面積，并改善傳質(zhì)效果及抑制反應(yīng)過程帶來的體積膨脹。
上述工作于近日發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。該工作得到中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項(xiàng)目的資助。（文/蘇盼盼 圖/田昊）
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