NC：硫化镍纳米晶/氮掺杂多孔碳管用于室温钠硫电池
【背景与成果简介】
多硫化物溶解和转换反应的电化学动力学慢导致硫正极利用率低，制约了常温钠硫电池的进一步发展。近日，澳大利亚伍伦贡大学Yunxiao Wang等团队最近在Nat. Comm.期刊上发表了题为“Nickel sulfide nanocrystals on nitrogen-doped porous carbon nanotubes with high-efficiency electrocatalysis for room-temperature sodium-sulfur batteries”的研究型论文，本文报道了一种多功能的硫载体，即在氮掺杂的多孔碳纳米管中植入镍基纳米晶，这种纳米晶的合理设计，可以实现多硫化物的高效固定和转化。由于物理约束和化学键合的协同作用，使得基体的高导电性、封闭的多孔结构和极化的添加剂有效地固定了多硫化物，更具意义的是，路易斯碱基体和NiS2组分的电催化行为可以通过原位XRD和密度泛函理论得到清晰的证明。因此，所制得的硫正极在常温Na/S电池中表现出优异的性能。
 
【图文导读】
图1. NiS2@NPCTs/S电极材料的物理表征

图2.室温钠硫（RT-Na/S）电池的电化学性能

图3. 多硫化物的可视化吸附实验

 
图4. 原位XRD测试和DFT计算结果

 
【结论】
本文开发了一个完整的结构来解决硫的动力学缓慢和严重的多硫化物迁移的问题。碳壳层的物理约束和掺杂氮与NiS2纳米晶的化学结合对聚硫醚的固定化具有重要意义。此外，原位XRD和DFT结果均证实了掺杂氮原子与NiS2纳米晶的结合是有效的电催化位点，可以显著促进多硫化物向Na2S的快速转化。此外，EDS图谱证实，溶解的多硫化物与电解质之间的副反应可以通过多硫化物对多功能硫载体的强固相作用来阻止。因此，新设计的正极可以提供一个高可逆容量，在0.1 A g-1循环200圈后容量达650mA h g-1，并且在3500次循环内有良好的循环稳定性。本文在电催化多硫化物固定和转化方面的研究成果，为设计性能优良的RT-Na/S电池的S基正极开辟了一条新途径。
 
文献资料
Nickel sulfide nanocrystals onnitrogen-doped porous carbon nanotubes with high-efficiency electrocatalysis for room-temperature sodium-sulfur batteries，Nat. Comm.，2019.
DOI：10.1038/s41467-019-11600-3
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