首尔大学amp香港理工大学CEJ双金 [复制链接]

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近日，韩国首尔大学YuanzhePiao教授与香港理工大学LawrenceYoonSukLee教授合作在锂硫电池领域取得了新进展，相关论文以“Co/Co3O4-embeddedN-dopedHollowCarbonCompositederivedfromaBimetallicMOF/ZnOCore-shellTemplateasaSulfurHostforLi-SBatteries”为题，发表在国际著名期刊ChemicalEngineeringJournal上。

1）合成了Zn/Co双金属MOFs/ZnO纳米球核/壳结构。

2）制备了嵌入Co/Co3O4NPs的N掺杂中空碳复合材料（Co/Co3O4-NHC）。

3）Co/Co3O4-NHC提供了丰富的活性中心和强大的LiPS化学吸附性。

4）S

Co/Co3O4-NHC在Li-S电池中表现出出色的倍率能力和循环稳定性。

锂硫电池是一种有光明前景的能量存储技术。然而，为了满足工业要求，提高硫载量和多硫化锂（LiPS）捕集能力，迫切需要有效的硫基质材料。在这里，研究者描述了通过Zn/Co双金属金属有机骨架/ZnO纳米球核-壳结构的碳化来合成N掺杂的中空碳复合材料，该复合材料嵌入了分散良好的Co/Co3O4纳米颗粒（Co/Co3O4-NHC）。Co/Co3O4-NHC具有均匀N掺杂的碳纳米管（CNT）和双重孔结构。用作空心结构模板的ZnO纳米球有助于CNT和微孔的形成。S渗透的Co/Co3O4-NHC正极具有出色的倍率性能（在5C下的比容量为.9mAhg-1）和稳定性（个循环后为.4mAhg-1）。在高S负载（4mgcm-2）的情况下，个循环后保留了87.8％的比容量。这项工作为设计高性能Li-S电池的硫基质提供了新的见解。

图1（a）S

Co/Co3O4-NHC的合成示意图。（b）ZnO

Zn/Co-MOF的低倍和（c）高倍FE-SEM图像，（d）TEM图像和（e）EDX元素映射图像。

图2Co/Co3O4-NHC的（a）低倍和（b）高倍的FE-SEM图像，（c）TEM图像，（d）EDX元素映射图像，以及（e）HR-TEM图像。（f）ZnO核在Co/Co3O4-NHC合成过程中的作用示意图。

图3Co/Co3O4-NHC，NHC和Co-NC的（a）XRD图，（b）拉曼光谱，（c）N2吸附-解吸等温线，以及（d）TGA曲线。Co/Co3O4-NHC的（e）N1s和（f）Co2p3/2的高分辨率XPS谱。

图4（a）S

Co/Co3O4-NHC电极在0.1至1.0mVs-1扫速下的CV曲线。（b）S

Co/Co3O4-NHC和S

NHC电极的还原峰（Li2SX→Li2S2/Li2S）和（c）氧化峰（Li2S2/Li2S→S8）的CV峰值电流与扫描速率平方根的关系图。（d）S

Co/Co3O4-NHC，S

NHC和S

Co-NC电极的倍率性能。（e）在0.2至7.0C的电流密度下，S

Co/Co3O4-NHC电极的恒流放电/充电曲线。（f）S

Co/Co3O4-NHC在硫负载为4mgcm–2时，1C下个循环的循环性能。（g）S

Co/Co3O4-NHC，S

NHC和S

Co-NC电极在1C的长循环性能。（h）Co/Co3O4-NHC，NHC和Co-NC在含有10mMLi2S6溶液中的紫外可见吸收光谱。

总之，研究者制备了含有Co/Co3O4纳米颗粒和N掺杂CNT的空心和多孔碳复合材料（Co/Co3O4-NHC），作为Li-S电池的S载体材料。用作牺牲模板的ZnO纳米球和双金属MOF的Zn前体在碳化过程中被还原并蒸发，从而形成分层的多孔碳结构和均匀分布的Co/Co3O4纳米颗粒。ZnO的使用还促进了CNTs以及微孔的原位生长，从而物理上限制了LiPSs并增强了Li离子和电子的传输。此外，双金属Co/Zn-MOF的碳化使N掺杂碳基体中的Co/Co3O4纳米颗粒均匀分布，并提供了丰富的活性位点来加速S的氧化还原反应，从而阻止了LiPS的溶解和扩散。基于S

Co/Co3O4-NHC的正极，表现出出色的倍率性能和良好的循环稳定性。此外，在较高的S负载下，经过次循环后，仍保持了.9mAhg-1的稳定放电比容量，容量保持率为87.8％。

Y.Jeon,J.Lee,H.Jo,H.Hong,L.YoonSukLee,Y.Piao,Co/Co3O4-embeddedNdopedHollowCarbonCompositederivedfromaBimetallicMOF/ZnOCore-shellTemplateasaSulfurHostforLi-SBatteries,ChemicalEngineeringJournal(),